En Loughborough University Ph.D. student har hjälpt till att belysa ett solpanelspussel som kan leda till att effektivare enheter utvecklas.

Det mesta av världens solenergi produceras för närvarande av solpaneler – även kända som solcellspaneler – som är gjorda av kisel.

Nyligen, nya solpaneler har skapats som är gjorda av ett halvledande material som kallas kadmiumtellurid (CdTe).

CdTe-paneler har visat sig producera elektricitet till lägre kostnader än kiselpaneler och det har skett en dramatisk effektivitetsvinst genom att tillsätta ett element som kallas selen till kadmiumtellurid.

Som ett resultat, El från CdTe solgårdar produceras billigare än från fossila bränslen, vilket ger både ekonomiska och miljömässiga fördelar runt om i världen.

Tills nu, det var inte väl förstått varför selen ökar effektiviteten men tack vare Tom Fiducia, en Ph.D. Forskarstudent vid Centre for Renewable Energy Systems Technology (CREST), och ett internationellt team av forskare, pusslet har lösts.

Tom har arbetat med ledande solexperter från CREST, Durham University, University of Oxford och Colorado State University, i USA, för att utforska effekten selen har i solpaneler och gruppen har fått sina resultat publicerade i Naturenergi – en månatlig peer-reviewed vetenskaplig tidskrift som bara delar den bästa energiforskningen inom natur- och samhällsvetenskap.

Deras papper, med titeln "Förstå rollen av selen i passivering av defekter för högeffektiva selenlegerade kadmiumtelluridsolceller", har avslöjat att selen fungerar genom att övervinna effekten av skadliga, atomskaliga defekter i CdTe-paneler.

Detta förklarar ökningen av effektiviteten som elektroner (subatomära partiklar som bär elektricitet), som genereras när solljus träffar solpanelen, är mindre benägna att fastna och förloras vid defekterna. Detta ökar mängden energi som utvinns.

Tom, vem är huvudförfattaren till tidningen, säger att teamet upptäckte detta "oväntade" beteende genom att mäta hur mycket ljus som avges från seleninnehållande paneler.

Eftersom selen inte är jämnt fördelat över panelerna, de jämförde "luminescensen" som emitterades från områden där det fanns lite eller inget selen närvarande och områden där selenet var mycket koncentrerat.

Tom förklarade:"Även om det verkar kontraintuitivt, bra solcellsmaterial som är defektfritt är mycket effektivt för att avge ljus, och så lyser starkt.

"Vi kartlade luminescensen som emitteras från en seleninnehållande solcell med en upplösning på cirka 1/10, 000thof en millimeter och jämförde den med en liknande högupplöst karta över selenkoncentrationen tagen på exakt samma område av cellen.

"Det är slående uppenbart när du ser data att selenrika regioner lyser mycket starkare än den rena kadmiumtelluriden, och effekten är anmärkningsvärt stark."

Tom hoppas att resultaten kommer att leda till förbättrade solpaneler och ökad användning över hela världen.

Han kommenterade:"Nu när den seleninducerade effektivitetsförbättringen är bättre förstådd, det kan vara möjligt att använda denna kunskap för att öka effektiviteten för kadmiumtellurid solpaneler ytterligare.

"Till exempel, detta kan vara genom att helt enkelt öka mängden selen i enheterna eller ändra dess fördelning inom cellen.

"Om effektiviteten kan ökas, Detta skulle ytterligare sänka elpriserna och ha en direkt positiv inverkan på regioner som använder tekniken."

Att dyka upp i Naturenergi , han sa:"Det är skönt att få en viss försäkran om att ditt arbete går i rätt riktning.

"Jag hoppas att resultaten kan vara användbara för andra forskare och i slutändan få en positiv inverkan."

Professor Michael Walls, Professor i solceller och akademiker som övervakar Toms Ph.D. forskning, sa:"Nu vet vi hur selen förbättrar solcellseffektiviteten, det borde vara möjligt att förbättra uteffekten ytterligare.

"Det är ett bra exempel på ett internationellt team som arbetar tillsammans och bidrar med sin expertis och faciliteter och utvecklar en grundläggande förståelse för hur enheter verkligen fungerar."