En ny metod för att bygga speciella solceller skulle kunna öka deras effektivitet avsevärt. Inte bara är cellerna uppbyggda av tunna lager, de består också av specifikt anordnade nanoblock. Detta har visat sig i en ny studie av ett internationellt forskarlag ledd av Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU), som publicerades i den vetenskapliga tidskriften Nanobokstäver .

Kommersiellt tillgängliga solceller är till största delen gjorda av kisel. "Baserat på egenskaperna hos kisel är det inte möjligt att säga att deras effektivitet kan ökas på obestämd tid, " säger Dr. Akash Bhatnagar, en fysiker från Centrum för innovationskompetens (ZIK) "SiLi-nano" vid MLU. Hans forskargrupp studerar därför den så kallade anomala fotovoltaiska effekten som uppstår i vissa material. Den onormala solcellseffekten kräver ingen p-n-övergång som annars möjliggör strömflödet i kiselsolceller. Strömmens riktning bestäms på atomnivå av den asymmetriska kristallstrukturen hos motsvarande material. Dessa material är vanligtvis oxider, som har några avgörande fördelar:de är lättare att tillverka och betydligt mer hållbara. Dock, de absorberar ofta inte mycket solljus och har ett mycket högt elektriskt motstånd. "För att använda dessa material och deras effekt, Det behövs kreativa cellarkitekturer som förstärker fördelarna och kompenserar för nackdelarna, " förklarar Lutz Mühlenbein, huvudförfattare till studien.

I deras nya studie, fysikerna introducerade en ny cellarkitektur, en så kallad nanokomposit. De fick stöd av team från Bergakademie Freiberg, Leibniz Institute of Surface Modification i Leipzig och Banaras Hindu University i Indien. I deras experiment, forskarna staplade enstaka lager av ett typiskt material med bara några nanometers tjocklek ovanpå varandra och kompenserade dem med nickeloxidremsor som löper vinkelrätt. "Ressorna fungerar som en snabb körbana för de elektroner som genereras när solljus omvandlas till elektricitet och som är avsedda att nå elektroden i solcellen, Bhatnagar förklarar. Det här är just den transport som annars skulle hindras av att elektronerna måste passera varje enskilt horisontellt lager.

Den nya arkitekturen ökade faktiskt cellens elektriska effekt med en faktor fem. En annan fördel med den nya metoden är att den är väldigt enkel att implementera. "Materialet bildar denna önskade struktur på egen hand. Inga extrema yttre förhållanden behövs för att tvinga det till detta tillstånd, " säger Mühlenbein. Idén, som forskarna nu har tillhandahållit en första förstudie för, kan även appliceras på andra material än nickeloxid. Uppföljningsstudier behöver nu undersöka om och hur sådana solceller kan produceras i industriell skala.