Ett tvärvetenskapligt team av forskare från UC Davis och UC Santa Cruz tar ett nytt förhållningssätt till solenergi, en som lovar att leda till ett tekniskt genombrott. Genom att använda nanopartiklar av germanium, kisel och andra material, forskarna hoppas kunna producera solceller mycket effektivare än den nuvarande teknikens ståndpunkt.

Projektet tilldelades nyligen 1,5 miljoner dollar under tre år från National Science Foundation.

Konventionella solceller arbetar alla enligt samma princip om "en foton in, en elektron ut, " sa Gergely Zimanyi, professor i fysik vid UC Davis och huvudutredare på NSF-anslaget. Med andra ord, en partikel av ljus, eller foton, träffar solcellen och genererar en elektron för att producera en elektrisk ström.

Effektiviteten — energi ut jämfört med energi in — för en solcell som arbetar enligt denna princip begränsas till ett teoretiskt maximum på 31 procent. Men genom att konstruera solceller från extremt små nanopartiklar, UC-forskarna strävar efter att generera flera elektroner för varje foton, höja den maximala verkningsgraden till mellan 42 och 65 procent.

En-foton-in/multipel-elektroner-ut-paradigmet har demonstrerats vid Los Alamos National Laboratory, Zimanyi sa - men Los Alamos-gruppen byggde inte en fungerande solcell baserat på detta paradigm. UC Davis/UC Santa Cruz-teamet inkluderar forskare med erfarenhet av att tillverka solceller från nanopartiklar, ger hopp om att gruppen kommer att kunna konstruera en fullt fungerande och väl optimerad solcell av germanium och kiselnanopartiklar, han sa.

Teammedlemmarna är:Zimanyi; UC Davis kemiprofessorer Susan Kauzlarich och Delmar Larsen; Professor Giulia Galli, som innehar ett gemensamt uppdrag inom fysik och kemi; Professor Zhaojun Bai, Institutionen för matematik och datavetenskap; Debashis Paul, professor vid institutionen för statistik; och Susan Carter, professor i fysik vid UC Santa Cruz.

Teamets tvärvetenskapliga karaktär var avgörande för att få förslaget finansierat, sa Zimanyi. "NSF bad om ett samarbete mellan materialvetenskaper, kemi och matematiska vetenskaper, " han sa.

Zimanyi, Galli och Bai kommer att genomföra teoretiska studier och datormodelleringsstudier, med Paul som tillhandahåller statistisk expertis; Kauzlarichs labb kommer att syntetisera de nya nanopartiklarna, Larsens grupp kommer att karakterisera dem och Carters labb vid UCSC kommer att utveckla en fungerande enhet. En prototypcell har redan konstruerats innan man fick bidraget och uppvisade en effektivitet på cirka 8 procent, vilket Zimanyi beskrev som ett mycket uppmuntrande resultat med tanke på de begränsade resurser som går till dess konstruktion.

Teamet kommer att samarbeta med California Solar Energy Collaborative, som är baserad på UC Davis och leds av Pieter Stroeve, professor i kemiteknik och materialvetenskap. Teamet planerar också en uppsökande insats, främst via sin offentliga webbsida:www.solarwiki.ucdavis.edu/.