Solceller är en nyckelteknologi i strävan mot renare energiproduktion. Tyvärr, soltekniken är ännu inte ekonomiskt konkurrenskraftig och kostnaden för solceller måste sänkas. Ett sätt att övervinna detta problem är att minska mängden dyrt halvledarmaterial som används, men tunnfilmssolceller tenderar att ha lägre prestanda jämfört med konventionella solceller.

Yuriy Akimov och Wee Shing Koh vid A*STAR Institute of High Performance Computing (Singapore) har nu förbättrat ljusomvandlingseffektiviteten för tunnfilmssolceller genom att deponera aluminiumpartiklar på cellytan.

Metalliska nanopartiklar kan leda ljuset bättre in i solcellen och förhindra att ljus släpper ut. I konventionella "tjockfilms" solceller, nanopartiklarna skulle ha liten effekt eftersom allt ljus absorberas av filmen på grund av dess tjocklek. För tunna filmer, dock, nanopartiklarna kan göra stor skillnad. Deras spridning ökar varaktigheten som ljuset stannar i filmen, vilket bringar den totala ljusabsorptionen till en nivå som är jämförbar med den för konventionella solceller. ”Strategien gör det möjligt för oss att minska produktionskostnaderna för solceller flera gånger och gör solceller mer konkurrenskraftiga med avseende på andra former av elproduktion, säger Akimov.

Forskarna modellerade ljusabsorptionseffektiviteten hos solceller för olika nanopartikelmaterial och storlekar. Särskilt, de jämförde egenskaperna hos silver kontra aluminium nanopartiklar. I de flesta studier i ämnet, silverpartiklar har föredragits. Dessa har optiska resonanser i den synliga delen av spektrumet som är ännu bättre på att fokusera ljuset in i solcellen. Tyvärr, det finns en avvägning:de optiska resonanserna orsakar också absorption av ljus av nanopartiklar, vilket betyder att solcellen är mindre effektiv.

När det gäller silver, denna resonans är precis i nyckeldelen av solspektrumet, så att ljusabsorptionen är avsevärd. Men inte så för nanopartiklar av aluminium, där dessa resonanser ligger utanför den viktiga delen av solspektrumet. Vidare, aluminiumpartiklarna hanterar oxidation väl och deras egenskaper förändras lite med variationer i form och storlek. Och ännu viktigare, deras spridningsegenskaper är robusta i jämförelse med silvernanopartiklar. "Vi fann att nanopartiklar gjorda av aluminium fungerar bättre än de som är gjorda av andra metaller för att förbättra ljusinfångning i tunnfilms solceller, säger Akimov. "Vi tror att aluminiumpartiklar kan hjälpa till att göra tunnfilmssolceller kommersiellt gångbara."