Het opvangen en manipuleren van licht op nanoschaal is een sleutelfactor bij het bouwen van hoogrenderende zonnecellen. Onderzoekers van de groep 3D Photovoltaics hebben onlangs een veelbelovend nieuw ontwerp gepresenteerd. Hun simulaties laten zien dat verticaal gestapelde nanodraden bovenop ultradunne siliciumfilms de totale hoeveelheid materiaal die nodig is met 90 procent vermindert, terwijl de efficiëntie van de zonnecel wordt verhoogd. Deze veelbelovende simulatieresultaten zijn een belangrijke stap in de richting van de volgende generatie zonnecellen. De resultaten zijn op 23 mei gepubliceerd in Optica Express .

Een strategie om de kosten en stijfheid van fotovoltaïsche cellen te verminderen, is om ultradunne silicium fotovoltaïsche films te combineren met halfgeleider nanodraad-zonnecellen. De mechanische flexibiliteit en veerkracht van micrometer dunne cellen maken ze zeer geschikt om op gebogen oppervlakken aan te brengen.

Het idee is om de twee op elkaar gestapelde materialen optisch te koppelen als een tandemcel:een galliumarsenide (GaAs) nanodraadarray bovenop een ultradunne siliciumfilm (2um dik). GaAs verticale nanodraden zijn bekende halfgeleidercomponenten in fotovoltaïsche toepassingen. Eerder experimenteel onderzoek in de 3D-fotovoltaïsche groep toonde aan dat dergelijke nanodraden licht 10 tot 100 keer hun geometrische dwarsdoorsnede kunnen absorberen. Silicium, het tweede materiaal in de tandemcel, is een zeer wenselijk onderdeel dankzij het volwassen begrip van de optische en elektronische eigenschappen en de algemeen beschikbare fabricagetechnologieën. De uitdaging die onderzoekers doorgaans tegenkomen wanneer ze silicium proberen te verkleinen tot een dikte van enkele micrometers, is dat het de prestaties van de zonnecel in gevaar brengt vanwege de slechte absorptie van infrarood licht. Lichtmanagementstrategieën zijn daarom nodig om te compenseren. Het onderzoeksteam besloot om verticaal staande nanodraden bovenop siliciumfilm toe te voegen en daardoor tot vier keer efficiënter te maken in het vangen van infrarood licht in de siliciumbodemcel.