Imec, tillsammans med sina projektpartners, har samarbetat inom ett EU 7:e ramprogram (FP7) projekt PRIMA för att förbättra både effektiviteten och kostnaden för solceller. Särskilt, de har arbetat med en ljusfångningsstrategi som använder metallnanostrukturer som gör att plasmoner kan öka absorptionen i solcellsstrukturen.

Nanostrukturerade metaller kan absorbera och intensifiera ljus vid specifika våglängder. Detta fenomen, kallas plasmonics, har många lovande tillämpningar:den kan utnyttjas för att överföra optiska signaler genom nanostora sammankopplingar på chips, i nanopartiklar som känner igen och interagerar med biomolekyler, eller i solceller, för att öka ljusabsorptionen i cellens fotoaktiva material, banar väg för tunnare och därför billigare energiproduktion. Under det europeiska FP7 PRIMA-projektet, imec och dess projektpartners Imperial College (London, STORBRITANNIEN), Chalmers tekniska högskola (Sverige), Photovoltech (Belgien), Quantasol (Storbritannien), AZUR SPACE Solar Power (Tyskland), och Australian National University (Australien) fick viktig kunskap i användningen av metallnanopartiklar för att förbättra solcellseffektiviteten.

En av projektprestationerna var utvecklingen och demonstrationen av en metod för att tillverka organiska solceller med en plasmonisk nanostrukturerad silver (Ag) bakelektrod med hjälp av kolloidal litografi med hålmasker (HCL). Denna lågkostnad, bottom up och extremt mångsidig teknik visade sig vara kompatibel med de ömtåliga organiska halvledarna som finns under. Införandet av en plasmonisk nanostrukturerad Ag bakre elektrod resulterade i en effektivitetsförbättring på mer än två gånger i absorptionssvansen.

När det gäller waferbaserade solceller som de baserade på kisel, våra resultat indikerar att för att förbättra solcellseffektiviteten, plasmoniska strukturer måste integreras på baksidan av solcellerna, och inte på framsidan. Ag nanodiskar på framsidan dielektrisk antireflektionsbeläggning (ARC) av kiselbaserade solceller resulterade i en förbättrad ljusabsorption men ingen effektivitetsökning, på grund av parasitisk absorption i nanopartiklarna och destruktiva störningar.

Ett 3D -simuleringsverktyg utvecklades, noggrann modellering av både optiska och elektriska egenskaper hos solcellsenheter baserade på oorganiska halvledare som innehåller plasmoniska nanostrukturer. Modellen indikerade att guld- eller silvernanopartiklar kan förbättra solcellseffektiviteten vid vissa våglängder, medan vid andra våglängder, solcellens prestanda försämras. Nanostrukturer i aluminium, å andra sidan, kan förbättra effektiviteten över hela det relevanta spektrala området av en solcell på grund av deras i sig självt låga ljusabsorption och starka spridning. Detta har visats experimentellt på GaAs-solceller, men kan generaliseras till kiselceller också.