(Phys.org) - Forskare från North Carolina State University har hittat ett sätt att skapa mycket smalare tunnfilmssolceller utan att offra cellernas förmåga att absorbera solenergi. Att göra cellerna tunnare borde avsevärt minska tillverkningskostnaderna för tekniken.

"Vi kunde skapa solceller med en "sandwichdesign i nanoskala" med ett ultratunt "aktivt" lager, " säger Dr Linyou Cao, en biträdande professor i materialvetenskap och ingenjörskonst vid NC State och medförfattare till en artikel som beskriver forskningen. "Till exempel, vi skapade en solcell med ett aktivt lager av amorft kisel som bara är 70 nanometer (nm) tjockt. Detta är en betydande förbättring, eftersom typiska tunnfilmssolceller som för närvarande finns på marknaden som också använder amorft kisel har aktiva lager mellan 300 och 500 nm tjocka." Det "aktiva" lagret i tunnfilmssolceller är det lager av material som faktiskt absorberar solenergi för omvandling till el eller kemiskt bränsle.

"Tekniken vi har utvecklat är mycket viktig eftersom den generellt kan tillämpas på många andra solcellsmaterial, såsom kadmiumtellurid, kopparindiumgalliumselenid, och organiska material, " tillägger Cao.

Den nya tekniken bygger till stor del på konventionella tillverkningsprocesser, men resulterar i en helt annan färdig produkt. Det första steget är att skapa ett mönster på substratet med hjälp av standard litografitekniker. Mönstret skisserar strukturer gjorda av transparenta, dielektriskt material som mäter mellan 200 och 300 nm. Forskarna belägger sedan substratet och nanostrukturerna med ett extremt tunt lager av aktivt material, såsom amorft kisel. Detta aktiva skikt beläggs sedan med ytterligare ett skikt av dielektriskt material.

Genom att använda dielektriska nanostrukturer under det aktiva lagret skapas en tunn film med förhöjda ytor jämnt fördelade längs hela filmen – som krenellationer på toppen av ett medeltida slott.

"En nyckelaspekt av den här tekniken är designen av 'sandwichen i nanoskala', ' med de aktiva materialen i mitten av två dielektriska lager. Nanostrukturerna fungerar som mycket effektiva optiska antenner, "Cao säger, "fokuserar solenergin till det aktiva materialet. Denna fokusering innebär att vi kan använda ett tunnare aktivt lager utan att offra prestanda. I den konventionella tunnfilmsdesignen, att använda ett tunnare aktivt lager skulle försämra solcellens effektivitet."