Ett lager kisel -nanokristaller och erbiumjoner kan hjälpa solceller att extrahera mer energi från ultraviolett (UV, hög energi) del av solspektrumet. Experimentella fysiker från FOM Foundation, STW Technology Foundation och University of Amsterdam publicerade dessa nyheter i Naturkommunikation den 13 augusti 2014. När konventionella kiselbaserade solceller absorberar UV-ljus, mycket av dess energi går förlorad i form av värme. Forskarna visade att denna överskottsenergi kan användas för att excitera flera erbiumjoner. Detta gör att jonerna avger ljus, som sedan kan omvandlas till el.

Konventionella solceller kan bara omvandla en liten del av solspektrumet till el effektivt. Lågenergiljuspartiklar (fotoner) absorberas inte, eftersom de inte har tillräckligt med energi för att överbrygga bandgapet i materialet från vilket solceller tillverkas. Däremot, högenergifotoner kan absorberas, men på bara några picosekunder (10 ^-12 sekunder) mycket av deras energi omvandlas till värme. Detta begränsar maximal effektivitet till bara 30 procent.

Snabbt och effektivt

Saba Saeed och hennes kollegor har nu visat att konverteringseffektiviteten potentiellt kan ökas genom att bättre utnyttja energin i dessa högenergifoton. Detta kan uppnås med ett lager bestående av kiseldioxid, kisel -nanokristaller (partiklar med en storlek på en miljarddels meter) och erbiumjoner. Kisel -nanokristallerna överför sin överskottsenergi till erbiumjonerna, innan det tappas som värme. Detta leder till utsläpp av flera lågenergi-infraröda fotoner per absorberad foton, som kan producera extra el. Jämfört med solljuskoncentratorer, som ibland också använder sällsynta jordartsmetaller som erbium, denna teknik har utsikterna till en högre effektivitet.

Spektral formare

Medan processen har demonstrerats experimentellt, den har ännu inte använts i en solcellsarkitektur (en solcell). I framtiden, ett lager av kisel -nanokristaller och erbiumjoner kunde placeras ovanpå solceller som en 'spektral formare', för att öka deras effektivitet. 'Spektralformarna' skulle omvandla UV-fotoner med hög energi till flera fotoner med låg energi, som sedan kan användas för att generera el i en solcell.

Uppföljningsstudien kommer att fokusera på ytterligare förfining av omvandlingsskikten genom att justera storleken och avståndet mellan kisel-nanokristaller, koncentrationen och typen av sällsynt jordartsjon, och genom att optimera skikttjockleken. Det kommer också att undersökas om en sådan "spektral formare" kan integreras i det antireflekterande beläggningsskiktet som täcker varje solcell.