Geometrisk ljusinfångning är en enkel och lovande strategi för att till stor del förbättra solcellers optiska absorption och effektivitet. Ändå, implementering av geometrisk ljusinfångning i organisk fotovoltaik (OPV) är utmanande på grund av det faktum att enhetligt organiskt aktivt skikt sällan kan uppnås på strukturerat substrat. Professor Zhiyong Fan och hans grupp från Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) rapporterade om en ny optisk koncentrator för nanobowl tillverkad på billig aluminiumfolie och som syftar till att ta itu med detta problem. De har framgångsrikt tillverkat OPV-enheter baserade på en sådan optisk koncentrator och visat över 28 % förbättring av effektkonverteringseffektiviteten jämfört med enheterna utan nanobowl. Detta arbete publicerades i Vetenskapsbulletin .

Solenergi är en av de mest lovande förnybara energiresurserna och representerar en ren och ultimat ersättning för fossila bränslen i framtiden. Under de senaste decennierna, enorma ansträngningar har investerats i att utveckla effektiva och kostnadseffektiva solcellsapparater som är konkurrenskraftiga till det fossila bränslet. Organisk solceller (OPV) har betraktats som en av de lovande kandidaterna för storskalig, låg kostnad och effektiv solenergiskörd. Typiska OPV-enheter tillverkas på glassubstrat och använder indiumdopad tennoxid som elektrod. Dock, ett sådant substrat är inte flexibelt och det relativt höga motståndet hos ITO-elektroden kommer att äventyra OPV-enhetens prestanda. Jämförelsevis, ett aluminiumfoliesubstrat har fördelarna med utmärkt ledningsförmåga, flexibilitet, kostnadseffektivitet och bearbetbarhet från rulle till rulle. Under tiden, ljusinfångning av nanotexturerat substrat är en tilltalande strategi för att förbättra solcellseffektiviteten. Ändå, en sådan applikation för OPV har hittills framgångsrikt demonstrerats. Detta beror delvis på det strängare kravet på enhetlighet för aktiv skikttjocklek för OPV-enheter och sådan enhetlighet är svår att garantera på nanotextur med befintliga beläggningstekniker.

Den nya optiska koncentratorn för nanobowl som utvecklats av professor Zhiyong Fan kan i hög grad förbättra den optiska absorptionen i det aktiva lagret av organiska solceller och optisk simulering avslöjade att en sådan förbättring bidrog till nanobowlens överlägsna fotonfångande förmåga. Dessutom, de har undersökt effekten av nanobowls geometri på solcellens prestanda och tre typer av nanobowl med stigningen 1000 nm, 1200 nm och 1500 nm studerades. Solceller baserade på nanobowl med en stigning på 1000 nm uppvisade den bästa fotonabsorptionen i fotoaktivt skikt, vilket ledde till den högsta kortslutningsströmtätheten på ~9,41 mA cm-2 bland alla nanobowl-substrat. Med tomgångsspänning på 0,573 V och fyllningsfaktor på 57,9 %, denna nanobowl-solcell uppnådde en solenergiomvandlingseffektivitet på 3,12 %, vilket är 28 % förbättring jämfört med kontrollenheten utan nanobowl. Detta arbete avslöjade inte bara den djupgående förståelsen av ljusinfångning av nanobowl optisk koncentrator, men visade också möjligheten att implementera geometrisk ljusinfångning till låg kostnad, lösning bearbetbar OPV.

Utvecklingen av den nya optiska koncentratorn för nanobowl och dess tillämpning på OPV var ett samarbete som involverade professorer vid Institutionen för kemi vid HKUST inklusive professor Shihe Yang och professor He (Henry) Yan, som arbetar med spetsforskningar om organiska solceller. Forskningsprojektet stöddes av allmänna forskningsfonder från Hong Kong Research Grants Council och Hong Kong Innovation Technology Commission.