Små flingor av grafen skulle kunna utöka det användbara spektrala området av ljus i kiselsolceller för att öka deras effektivitet, ny forskning från King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Saudiarabien, visar.
Solcellsmaterial har blivit betydligt billigare att tillverka de senaste åren, ytterligare kostnadsbesparingar behövs för att göra solenergiteknik kommersiellt attraktiv. Förekomsten av kisel i solceller gör dem till ett bra mål för effektivisering.
"Genom att förbättra effektiviteten hos kiselsolceller, vi kan erbjuda ett mer kostnadseffektivt sätt för energiproduktion, sade Jr-Hau He, KAUST docent i elektroteknik, som också ledde forskargruppen.
Grafenkvantprickar är små flingor av grafen som är användbara på grund av deras interaktion med ljus. En av dessa interaktioner är optisk nedkonvertering, vilket är en process som omvandlar ljus med höga energier till lägre energi (till exempel, från det ultravioletta till det synliga).
Nedkonvertering kan användas för att boosta solceller. Kisel absorberar ljus mycket effektivt i den synliga delen av spektrumet, och ser därför svart ut. Dock, absorptionsstyrkan för kisel för ultraviolett ljus är mycket mindre, vilket betyder att mindre av detta ljus absorberas, minska effektiviteten hos solceller i den delen av spektrumet. Ett sätt att kringgå detta problem är nedkonverteringen av ultraviolett ljus till energier där kisel är en mer effektiv absorbator.
Grafen kvantprickar är idealiska kandidater för detta ändamål. De är lätta att tillverka med hjälp av lättillgängliga material som socker och sedan värma dem med mikrovågsstrålning. Medan prickarna är nästan genomskinliga för synligt ljus, vilket är viktigt för att passera ljuset till solcellen, de är effektiva för att omvandla UV-ljus till lägre energier.
Forskarna integrerade kvantprickarna på en kiselsolcellsenhet. Solcellernas effektivitet ökade i jämförelse med kontrollprover. För en mogen teknik att visa en tydlig förbättring av effektiviteten är lovande, eftersom det kan tillverkas med en enkel tillverkningsprocess.
Testprovet solceller som hittills uppmätts har ännu inte optimerats för att vara närmare de rekordstora prestanda som setts i kisel. Forskarna planerar därför att kombinera några andra förbättringstekniker som tidigare uppnåtts i liknande enheter, Han noterade.
"Vi har framgångsrikt använt yttekniska behandlingar, inklusive tillverkning av nanostrukturer och passiveringsskikt, för att förbättra ljusuttaget och solcellernas elektriska egenskaper. Genom att integrera dessa tekniker tillsammans, vi hoppas att världsrekordet kan slås inom de närmaste åren på KAUST, " han sa.
