(Phys.org) —Solcellers grundläggande funktion är att skörda solljus och förvandla det till elektricitet. Således, det är kritiskt viktigt att filmen som samlar ljuset på cellens yta är utformad för bästa energiabsorption. Strävan efter att utveckla effektivare solceller har resulterat i en hård konkurrens mellan forskare om att hitta de lägsta kostnaderna och högsta energimaterialet.

Mot det målet, ett mångsidigt team av UCLA -forskare från California NanoSystems Institute förbättrar effektiviteten hos nya filmmaterial som revolutionerar solcellstekniken. Forskare under ledning av professor Yang Yang, Carol och Lawrence E. Tannas Jr. professor i teknik vid UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, publicerade nyligen två studier där de ökade effektomvandlingseffektiviteten för materialen kesterit och perovskit för att göra högeffektiva och billiga solceller.

Kesterit

Kesterit är en oorganisk substans (som inte härrör från växter eller djur) som är gjord av mycket material, som koppar, zink, tenn och svavel. UCLA -teamet har utvecklat ett sätt att öka omvandlingen av solljus till el genom att kontrollera sammansättningen och spridningen av kesterit -nanokristaller i ett bläck som används för att skapa filmen som används i solceller.

I ett papper publicerat online 8 augusti i tidningen ACS Nano , Yang -gruppen visade att deras förmåga att kontrollera och förbättra den rumsliga sammansättningen och distributionen av nanokristaller i kesteritfärgen förbättrade sin effektomvandlingseffektivitet till 8,6 procent med en konsekvent och repeterbar teknik.

"Enheten använder koppar, zink och tenn, och vi kunde kontrollera förhållandet mellan elementen för att göra nanokristallerna bättre, "sa Huanping Zhou, en postdoktor och första författare till studien. "Ett problem tidigare var för många defekter i filmen på grund av elementfördelningsproblemet. Vi syntetiserar nu nanokristallerna på ett sätt för att exakt styra de rumsliga elementen och distributionen i filmen. Detta gör att vi kan maximera solcellens effektivitet. "

Yang sa att teamet kunde göra en fullständig lösningsprocess med materialet. "Det betyder att alla solcellselement som behövs - adsorbenten, elektroden, etc., är vätska som kan sprutas eller målas på en yta för att göra ytan till en solcell, "sa han." Det kan vara taket på en elbil, eller en byggnads ytterväggar, fönster eller tak. "

Yang påpekade också att kesterit är mycket stabil, och den kopparen, zink och tenn är billigt och allmänt tillgängligt.

Perovskit

Perovskite är ett organiskt och oorganiskt hybridmaterial som kombinerar kol och bly. Eftersom det först användes som solcellsmaterial för fem år sedan, förbättringar har avancerat sin effektomvandlingseffektivitet till nästan 20 procent, som visas i en studie publicerad i tidskriften Vetenskap den 1 augusti.

"Vi har utvecklat en teknik för att kontrollera bildandet av perovskiten för att göra en solcell med knappt 20 procents effektivitet, "sa Qi Chen, postdoktor och första författare till studien med Zhou, "Perovskite är ett mycket billigt material att tillverka och är mycket tunt, en tusendel av tjockleken på en normal kiselsolcell. Det kan göras flexibelt, hängde på väggen, eller kan användas för att bygga en solfarm. "

Perovskit börjar också som ett flytande bläck, och UCLA -forskarna kontrollerade försiktigt materialets dynamik under dess tillväxt, som görs i luft vid låga temperaturer. Detta gör tillverkning av perovskit-enheter med stora ytor med höga prestandanivåer billig. Den förbättrade tekniken kan användas i perovskitbaserade enheter för olika applikationer som ljusemitterande dioder, fälteffekttransistorer, och sensorer.

Chen sa att eftersom perovskit för närvarande är instabilt i luften och försämras med tiden, forskarna arbetar med långsiktig stabilitet för att göra den mer stabil. Och eftersom bly är ett giftigt element, miljövänliga blyfria perovskitmaterial skulle vara ett attraktivt ämne i framtiden.

Yang sa att med konkurrensen i låg kostnad, högeffektiva solceller är så heta, hans team driver så många vägar som möjligt mot målet att ha det mest effektiva, billigaste solceller.