Fångljus med en optisk version av ett viskande galleri, forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) har utvecklat en beläggning i nanoskala för solceller som gör att de kan absorbera cirka 20 procent mer solljus än obelagda enheter. Beläggningen, tillämpas med en teknik som skulle kunna införlivas i tillverkningen, öppnar en ny väg för att utveckla lågkostnad, högeffektiva solceller med gott om, förnybara och miljövänliga material.

Beläggningen består av tusentals små glaspärlor, bara ungefär en hundradel av ett människohårs bredd. När solljus träffar beläggningen, ljusvågorna styrs runt pärlan i nanoskala, liknande sättet som ljudvågor färdas runt en böjd vägg som kupolen i St. Paul's Cathedral i London. Vid sådana krökta strukturer, kända som akustiska viskningsgallerier, en person som står nära en del av väggen hör lätt ett svagt ljud som kommer från någon annan del av väggen.

Viskande gallerier för ljus utvecklades för ungefär ett decennium sedan, men forskare har först nyligen utforskat deras användning i solcellsbeläggningar. I den experimentella uppsättningen som utformats av ett team inklusive Dongheon Ha från NIST och University of Marylands NanoCenter, ljuset som fångas upp av nanoresonatorbeläggningen läcker så småningom ut och absorberas av en underliggande solcell gjord av galliumarsenid.

Att använda en laser som ljuskälla för att excitera individuella nanoresonatorer i beläggningen, teamet fann att de belagda solcellerna absorberade, i genomsnitt, 20 procent mer synligt ljus än bara celler. Mätningarna visade också att de belagda cellerna producerade cirka 20 procent mer ström.

Studien är den första som visar beläggningarnas effektivitet med hjälp av precisionsmätningar i nanoskala, sa Ha. "Även om beräkningar hade föreslagit att beläggningarna skulle förbättra solcellerna, vi kunde inte bevisa att detta var fallet förrän vi hade utvecklat den nanoskala mätteknik som behövdes, " noterade han.

Detta arbete beskrevs i ett färskt nummer av Nanoteknik av Ha, samarbetspartner Yohan Yoon från NIST och Marylands NanoCenter, och NIST-fysiker Nikolai Zhitenev.

Teamet utarbetade också en snabb, billigare metod för att applicera nanoresonatorbeläggningen. Forskare hade tidigare belagt halvledarmaterial genom att doppa det i en balja med nanoresonatorlösningen. Doppningsmetoden tar tid och täcker båda sidor av halvledaren även om endast en sida kräver behandlingen.

I lagets metod, droppar av nanoresonatorlösningen placeras på bara ena sidan av solcellen. En trådlindad metallstav dras sedan över cellen, sprida ut lösningen och bilda en beläggning gjord av tätt packade nanoresonatorer. Detta är första gången som forskare har tillämpat stavmetoden, använts i mer än ett sekel för att belägga material i en fabriksmiljö, till en galliumarsenid -solcell.

"Detta är en billig process och är kompatibel med massproduktion, " sa Ha.

Denna berättelse publiceras på nytt med tillstånd av NIST. Läs originalberättelsen här.