(PhysOrg.com) -- På grund av den ökande efterfrågan på förnybara energikällor, solceller har utvecklats avsevärt under det senaste decenniet. Sedan 2002, solcellsproduktionen över hela världen har fördubblats vartannat år, vilket gör den till världens snabbast växande energiteknik. Dock, den totala energiomvandlingseffektiviteten för solceller är fortfarande för låg för att vara kostnadskonkurrenskraftig med fossila bränslen, och därför har den inte spridits i stor omfattning.

I ett försök att ändra detta, forskare har nyligen utvecklat en ny kiselsolcell som har en unik geometri av nanohål med diametrar på cirka 500-600 nanometer. Genom att uppnå en effektomvandlingseffektivitet på 9,5 %, den nya designen har en överlägsen prestanda jämfört med dess silikonmotsvarigheter, som solceller som innehåller nanotrådar, nanorör, och andra optiskt aktiva nanostrukturer. Den bästa av dessa konstruktioner har en effektivitet på lite mer än 5%.

Forskarna i den nya studien, Kui-Qing Peng vid Beijing Normal University, Shuit-Tong Lee från City University of Hong Kong, och deras kollegor, har publicerat sina resultat i ett färskt nummer av Journal of the American Chemical Society . I sina experiment, forskarna använde en kombination av djup ultraviolett litografi och metallkatalyserad strömlös etsning av kisel för att tillverka nanohålen på kiselskivor.

Som forskarna förklarar, Nyckeln till den förbättrade prestandan hos nanohålsolcellen är att nanohålsuppsättningarna har bättre absorption än nanotrådar. Särskilt, de vertikalt konfigurerade radiella p-n-övergångarna gör att den elektriska strömmen endast kan färdas korta avstånd mellan korsningarna för effektivt strömflöde. Dessutom, nanohole-solcellen har visat sig ha överlägsen mekanisk robusthet jämfört med de ömtåliga strukturerna hos solceller som har fristående nanotrådar p-n-övergångar. Förr, detta bräcklighetsproblem har orsakat allvarliga bakslag för tillverkning av solcellsapplikationer.

"Solcellerna med nanohålsgeometri har en robust struktur jämfört med bräcklig fristående nanotrådsgeometri, en bättre förmåga att fånga solljus än nanotrådar, och radiella p-n-övergångar som möjliggör förbättrad bäraruppsamling, ” Sammanfattade Lee till PhysOrg.com .

Övergripande, resultaten visar att nanohålsgeometrin har potential för energieffektiv och kostnadseffektiv omvandling av solenergi från solceller. Forskarna planerar att ytterligare förbättra prestandan på flera sätt, till exempel genom att förbättra kopplingen av ljus till enheten, använda ytpassivering för att minimera ytrekombination, och med bättre elektriska kontakter.

"Hög optisk absorption plus bättre bäraruppsamlingseffektivitet i solceller med nanohålsgeometri kan tillverkas med mindre kiselmaterial och kisel av lägre kvalitet, " sa Lee. "Dessa fördelar skulle leda till effektiva och billigare solceller, erbjuder potentiellt konkurrenskraftiga prestanda med traditionella kiselwaferceller, samt kostnadskonkurrenskraft med fossila bränslen i framtiden.”

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivs eller omdistribueras helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.