Forskare i Singapore har utnyttjat avancerad nanostrukturteknik för att göra en mycket effektiv och ändå billigare kiselsolcell. Med denna utveckling, forskarna hoppas att kostnaden för solenergi kan halveras.
Utvecklad gemensamt av Nanyang Technological University (NTU) och A*STAR Institute of Microelectronics (IME), de nya tunnfilmssilikonsolcellerna är designade för att tillverkas av billigare, låggradigt kisel. Men den kan generera elströmmar nära den som produceras av traditionella solceller gjorda av kostsamma, högkvalitativt kisel.
De nya NTU-A*STAR nanostrukturerade solcellerna kan producera en ström på (34,3mA/cm 2 ) – ett världsrekord för en kiselsolcell av sitt slag.
Detta görs möjligt genom att skapa en unik textur med hjälp av nanostrukturer – som är tusentals gånger mindre än människohår – på solcellens yta.
Den resulterande elströmutgången är nära den för traditionella celler (40mA/cm 2 ). Konventionella tunnfilmssolceller producerar vanligtvis ungefär hälften av den ström som traditionella celler producerar.
Antagandet av solenergi runt om i världen hindras av de höga kostnaderna för traditionella solpaneler, delvis på grund av att den är gjord av högkvalitativt kristallint bulkkisel.
Att använda lågkvalitativ amorf (formlös) tunn kiselfilm som inte har någon textur – som är över 100 gånger tunnare – löser materialkostnadsfrågan, men det är inte lika effektivt för att omvandla solljus till elektricitet, producerar alltså mindre energi.
Den nyutvecklade nanostrukturmetoden, som skapar en unik textur på ytan av amorft kisel, förbättrar Power Conversion Efficiency (PCE) för tunnfilmskiselcellen och ökar på så sätt energiuttaget.
Ledningen av projektet från IME, Dr Navab Singh, Senior forskare vid IME:s NanoElectronics Program, sa:"För att mildra minskad ljusabsorption och bärarekombination i de amorfa kisel-tunnfilmscellerna, vi designade och tillverkade de nya nanostrukturerna på silikonyta. Den enda tillämpningen av IME:s ytstruktureringsstrategi uppnådde rekordhög kortslutningsströmtäthet med 5,26 % PCE."
"Cellnivåeffektomvandlingseffektiviteten för kristallina Si-solceller i bulk är 20–25%. Med tanke på att kortslutningsströmtätheten är direkt proportionell mot PCE, Det är tänkbart att efterföljande ansträngningar för att förbättra fyllningsfaktorn och öppen kretsspänning skulle öka den slutliga PCE för tunnfilmssolcellerna av kisel avsevärt för att matcha den för bulk-Si-solceller. Våra framtida forskningsinsatser kommer att utforska ytterligare ljusfångningsstrategier som plasmonik, " fortsatte Dr Singh.
Professor Cheng Tee Hiang, Ordförande för School of Electrical and Electronic Engineering, sade att förbättra effektiviteten hos lågkostnadssolceller är avgörande för att uppmuntra adoption av solenergi runt om i världen.
"Dagens värld står inför flera utmaningar, som inkluderar utarmningen av fossila bränslen, ökade kostnader för sådana bränslen och ett växande koldioxidavtryck. På NTU, vi har åtagit oss att utveckla nästa generation av solceller som är billiga, effektiv och lätt att tillverka, för att göra det möjligt för solenergi att spela en större roll som en förnybar resurs."
Hållbarhet är en av NTU:s Five Peaks of Excellence som universitetet siktar på att göra sin prägel globalt under NTU 2015 femåriga strategiska plan. De övriga fyra topparna inkluderar framtida sjukvård, ny media, det bästa från öst och väst, och innovation.
Professor Dim-Lee Kwong, Verkställande direktör för IME, sa, "Efterfrågan på tunnfilmssolceller förväntas fördubblas till 2013. IME:s forskningsinsatser inom detta område är kongruenta med den världsomspännande rörelsen mot förnybara miljövänliga och kostnadsdrivande energilösningar."
