Ny forskning från Yale Universitys forskare hjälper till att bana väg för nästa generation av solceller, en förnybar energiteknik som direkt omvandlar solenergi till el.
I ett par senaste tidningar, Yale-ingenjörer rapporterar om ett nytt och kostnadseffektivt sätt att förbättra effektiviteten hos kristallina kiselsolceller genom applicering av tunna, släta kolnanorörsfilmer. Dessa filmer skulle kunna användas för att producera hybrid-kol/kiselsolceller med mycket större effektomvandlingseffektivitet än vad som hittills rapporterats i detta system.
"Vår strategi överbryggar kostnadseffektiviteten och utmärkta elektriska och optiska egenskaper hos nya nanomaterial med väletablerade, högeffektiv kiselsolcellsteknologi, " sa André D. Taylor, biträdande professor i kemi- och miljöteknik vid Yale och en huvudutredare av forskningen.
Forskarna rapporterade sitt arbete i två artiklar publicerade i december, en i journalen Energi- och miljövetenskap och en in Nanobokstäver . Mark A. Reed, en professor i elektroteknik och tillämpad fysik vid Yale, är också huvudutredare.
Kisel, ett rikligt inslag, är ett idealiskt material för solceller eftersom dess optiska egenskaper gör det till en egeneffektiv energiomvandlare. Men den höga kostnaden för att bearbeta enkristallint kisel vid nödvändigtvis höga temperaturer har hindrat en utbredd kommersialisering.
Organiska solceller – ett befintligt alternativ till högkostnadssolceller i kristallint kisel – möjliggör enklare, rumstemperaturbearbetning och lägre kostnader, forskare sa, men de har låg effektkonverteringseffektivitet.
Istället för att bara använda organiska substitut, Yale-teamet applicerade tunt, släta kolnanorörsfilmer med överlägsen konduktans och optiska egenskaper till ytan av enkristallint kisel för att skapa en hybrid solcellsarkitektur. Att göra det, de utvecklade en metod som kallas superacid sliding.
Som rapporterats i tidningarna, tillvägagångssättet tillåter dem att dra fördel av de önskvärda fotovoltaiska egenskaperna hos enkristallint kisel genom en enklare, låg temperatur, lägre kostnadsprocess. Det möjliggör både hög ljusabsorption och hög elektrisk konduktivitet.
"Detta är slående, eftersom det antyder att de överlägsna fotovoltaiska egenskaperna hos enkristallint kisel kan realiseras genom en enkel, lågtemperaturprocess, sa Xiaokai Li, en doktorand i Taylors labb och en huvudförfattare på båda artiklarna. "Hemligheten ligger i arrangemanget och monteringen av dessa tunna filmer av kolnanorör, "
I tidigare arbete, Yale-forskaren utvecklade framgångsrikt en tunn film av kolnanorörskomposit som kunde användas i bränsleceller och litiumjonbatterier. Den senaste forskningen föreslår hur man kan utöka filmens tillämpning till solceller genom att optimera dess jämnhet och hållbarhet.
"Att optimera detta gränssnitt kan också fungera som en plattform för många nästa generations solcellsenheter, inklusive kolnanorör/polymer, kol/polymer, och alla kolsolceller, " sa Yeonwoong (Eric) Jung, en postdoktor i Reeds labb och även en huvudförfattare till artiklarna.
