(PhysOrg.com) -- Door de toenemende vraag naar hernieuwbare energiebronnen, fotovoltaïsche zonnecellen zijn het afgelopen decennium aanzienlijk vooruitgegaan. Sinds 2002, fotovoltaïsche productie wereldwijd verdubbelt elke twee jaar, waardoor het de snelst groeiende energietechnologie ter wereld is. Echter, de algehele energieomzettingsefficiëntie van fotovoltaïsche energie is nog steeds te laag om kostenconcurrerend te zijn met fossiele brandstoffen, en dus is het niet op grote schaal ingezet.

In een poging hierin verandering te brengen, wetenschappers hebben onlangs een nieuwe siliciumzonnecel ontwikkeld met een unieke geometrie van nanogaten met een diameter van ongeveer 500-600 nanometer. Door een stroomconversie-efficiëntie van 9,5% te behalen, het nieuwe ontwerp biedt superieure prestaties in vergelijking met zijn siliconen tegenhangers, zoals zonnecellen waarin nanodraden zijn verwerkt, nanobuisjes, en andere optisch actieve nanostructuren. Het beste van deze ontwerpen heeft een rendement van iets meer dan 5%.

De onderzoekers van de nieuwe studie, Kui-Qing Peng van de Beijing Normal University, Shuit-Tong Lee van de City University van Hong Kong, en hun collega's, hebben hun resultaten gepubliceerd in een recent nummer van de Tijdschrift van de American Chemical Society . In hun experimenten, de wetenschappers gebruikten een combinatie van diepe ultraviolette lithografie en metaal-gekatalyseerd stroomloos etsen van silicium om de nanogaten op siliciumwafels te fabriceren.

Zoals de onderzoekers uitleggen, de sleutel tot de verbeterde prestaties van de nanohole-zonnecel is dat de nanohole-arrays een betere absorptie hebben dan nanodraden. Bijzonder, de verticaal geconfigureerde radiale pn-overgangen zorgen ervoor dat de elektrische stroom slechts korte afstanden tussen de knooppunten kan afleggen voor een efficiënte stroomstroom. In aanvulling, de nanohole-zonnecel heeft aangetoond een superieure mechanische robuustheid te hebben in vergelijking met de fragiele structuren van zonnecellen met vrijstaande nanodraad pn-overgangen. Vroeger, dit kwetsbaarheidsprobleem heeft ernstige tegenslagen veroorzaakt voor de productie van fotovoltaïsche toepassingen.

"De zonnecellen met nanogatgeometrie hebben een robuuste structuur in vergelijking met de fragiele vrijstaande nanodraadgeometrie, een beter vermogen om zonlicht op te vangen dan nanodraadarrays, en radiale pn-overgangen waardoor een verbeterde dragerverzameling mogelijk is, ” Lee samengevat tot PhysOrg.com .

Algemeen, de resultaten tonen aan dat de nanogatgeometrie het potentieel heeft voor energie-efficiënte en kostenefficiënte fotovoltaïsche zonne-energieconversie. De wetenschappers zijn van plan om de prestaties op verschillende manieren verder te verbeteren, zoals door de koppeling van licht in het apparaat te verbeteren, gebruik van oppervlaktepassivering om oppervlakterecombinatie te minimaliseren, en het opnemen van betere elektrische contacten.

"Hoge optische absorptie plus betere efficiëntie voor het verzamelen van dragers in zonnecellen met nanogatgeometrie kunnen worden gefabriceerd met minder siliciummaterialen en silicium van lagere kwaliteit, ' zei Leen. “Deze voordelen zouden leiden tot efficiënte en goedkopere zonnecellen, die potentieel concurrerende prestaties biedt met traditionele siliciumwafelcellen, evenals kostenconcurrentievermogen met fossiele brandstoffen in de toekomst.”

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.