Raderna av blå solpaneler som prickar landskap och hustak är vanligtvis gjorda av kristallint kisel, arbetshästens halvledare som finns i praktiskt taget alla elektroniska enheter.

Under det senaste decenniet, Forskare från Colorado State University har lett banbrytande studier för att förbättra prestanda och kostnad för solenergi genom att tillverka och testa nya material som sträcker sig utöver kiselets kapacitet. De har fokuserat på ett material som visar lovande för att ersätta kisel, kallas kadmiumtellurid.

I samarbete med partners vid Loughborough University i Storbritannien, Forskare vid CSU:s National Science Foundation-stödda Next Generation Photovoltaics Center har rapporterat ett nyckelgenombrott i hur prestandan hos kadmiumtellurid tunnfilmssolceller förbättras ytterligare genom att lägga till ett annat material, selen. Deras resultat publicerades i tidskriften Naturenergi tidigare denna månad och är föremål för en "Nyheter och vyer"-artikel.

"Vårt papper går rätt till den grundläggande förståelsen av vad som händer när vi legerar selen till kadmiumtellurid, sa Kurt Barth, en chef för Next Generation Photovoltaics Center och en docent forskningsprofessor vid institutionen för maskinteknik.

Tills nu, det var inte väl förstått varför tillsatsen av selen har klockat rekordartad kadmiumtellurid-solcellseffektivitet – förhållandet mellan energi och ljusinsläpp – på drygt 22 procent. Tillsammans med CSU-medarbetarna W.S. Sampath och Amit Munshi, Barth och ett internationellt team har löst det mysteriet. Deras experiment visade att selen övervinner effekterna av atomskaliga defekter i kadmiumtelluridkristaller, tillhandahålla en ny väg för mer utbredd, billigare solelgenererad el.

De tunna kadmiumtelluridfilmerna som CSU-teamet gör i labbet använder 100 gånger mindre material än konventionella solpaneler av kisel. De är alltså lättare att tillverka, och de absorberar solljus vid nästan den idealiska våglängden. Elektricitet som produceras av kadmiumtellurid solcellsceller är den lägsta kostnaden som finns tillgänglig i solenergiindustrin, underskrider fossilbränslebaserade källor i många regioner i världen.

Enligt tidningen, elektroner som genereras när solljus träffar den selenbehandlade solpanelen är mindre benägna att fastna och förloras vid materialets defekter, ligger vid gränserna mellan kristallkorn när de odlas. Detta ökar mängden ström som utvinns från varje solcell. Arbeta med material tillverkade på CSU via avancerade deponeringsmetoder, teamet upptäckte detta oväntade beteende genom att mäta hur mycket ljus som avges från paneler som innehåller selen.

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

"Bra solcellsmaterial som är defektfritt är mycket effektivt för att avge ljus, och så lyser starkt, sa Tom Fiducia, tidningens huvudförfattare och en Ph.D. student vid University of Loughborough, arbetar med professor Michael Walls. "Det är slående uppenbart när du ser data att selenrika regioner lyser mycket starkare än den rena kadmiumtelluriden, och effekten är anmärkningsvärt stark."