Hur kan ljus som har fångats i en solcell undersökas i experiment? Jülich-forskare har lyckats titta direkt på ljusets utbredning i en solcell med hjälp av ett knep. Solcellsforskarna arbetar med periodiska nanostrukturer som effektivt fångar en del av solljus som normalt bara absorberas dåligt.

Tills nyligen, ljusinfångning i periodiskt nanostrukturerade solceller kunde endast analyseras med indirekta metoder, eftersom infångat ljus inte är synligt från utsidan av solcellen. Dock, ljusets kvantmekaniska tunneleffekt gör att det kan spåras om en ljusledande komponent förs extremt nära cellens yta. Genom att använda en glasfiberspets, forskarna kunde mäta mängden ljus som faktiskt hade fångats i solcellen med en metod som kallas närfältsoptisk mikroskopi.

Ljusfångning spelar en särskilt viktig roll för att optimera tunnfilmssolceller. Dessa solceller är lättare att tillverka och kräver mindre material än konventionella kristallina solceller, men de är ännu inte lika effektiva. Det skikt som energiomvandlingen sker i är bara cirka en tusendels millimeter tjockt. Därför, längre våglängder i det infraröda området absorberas endast dåligt när cellen utsätts för direkt solljus.

Periodiskt nanomönstrade gränssnittsskikt möjliggör bättre absorption av det infallande ljuset. Dessa gränssnitt kopplar in infallande ljus till det tunna kiselskiktet. Baserat på den nya experimentella metoden, forskare från Institutet för energi- och klimatforskning vid Forschungszentrum Jülich visade att det finns en direkt koppling mellan nanostrukturens natur, absorption av specifika våglängder av ljus, och i synnerhet solcellens effektivitet. Tillvägagångssättet, presenteras i facktidskriften Nanobokstäver (DOI:10.1021/nl503249n), öppnar också en rad nya möjligheter för att undersöka tillämpade nanooptiska komponenter.