Zonnecellen zijn een sleuteltechnologie in het streven naar schonere energieproductie. Helaas, zonnetechnologie is nog niet economisch concurrerend en de kosten van zonnecellen moeten omlaag. Een manier om dit probleem op te lossen, is door de hoeveelheid duur halfgeleidermateriaal te verminderen, maar dunne-film zonnecellen hebben de neiging om lagere prestaties te hebben in vergelijking met conventionele zonnecellen.

Yuriy Akimov en Wee Shing Koh van het A*STAR Institute of High Performance Computing (Singapore) hebben nu de lichtconversie-efficiëntie van dunnefilmzonnecellen verbeterd door aluminiumdeeltjes op het celoppervlak af te zetten.

Metalen nanodeeltjes kunnen het licht beter de zonnecel in sturen en voorkomen dat er licht ontsnapt. In conventionele ‘dikke-film’ zonnecellen, de nanodeeltjes zouden weinig effect hebben omdat al het licht door de dikte wordt geabsorbeerd door de film. Voor dunne films, echter, de nanodeeltjes kunnen een groot verschil maken. Hun verstrooiing verlengt de duur dat het licht in de film blijft, waardoor de totale absorptie van licht op een niveau komt dat vergelijkbaar is met dat van conventionele zonnecellen. ”De strategie stelt ons in staat om de productiekosten van zonnecellen meerdere malen te verlagen en maakt fotovoltaïsche cellen concurrerender ten opzichte van andere vormen van stroomopwekking, ', zegt Akimov.

De onderzoekers modelleerden de lichtabsorptie-efficiëntie van zonnecellen voor verschillende materialen en afmetingen van nanodeeltjes. Vooral, ze vergeleken de eigenschappen van zilver versus aluminium nanodeeltjes. In de meeste studies over dit onderwerp, zilverdeeltjes hebben de voorkeur. Deze hebben optische resonanties in het zichtbare deel van het spectrum die het licht nog beter in de zonnecel kunnen richten. Helaas, er is een afweging:de optische resonanties veroorzaken ook de absorptie van licht door de nanodeeltjes, waardoor de zonnecel minder efficiënt is.

In het geval van zilver, deze resonantie zit precies in het belangrijkste deel van het zonnespectrum, zodat de lichtabsorptie aanzienlijk is. Maar niet zo voor aluminium nanodeeltjes, waar deze resonanties buiten het belangrijke deel van het zonnespectrum liggen. Verder, de aluminiumdeeltjes zijn goed bestand tegen oxidatie en hun eigenschappen veranderen weinig met variaties in vorm en grootte. En nog belangrijker, hun verstrooiingseigenschappen zijn robuust in vergelijking met zilveren nanodeeltjes. "We ontdekten dat nanodeeltjes gemaakt van aluminium beter presteren dan die gemaakt van andere metalen bij het verbeteren van lichtopsluiting in dunne-film zonnecellen, ', zegt Akimov. "Wij geloven dat aluminiumdeeltjes kunnen helpen om dunnefilmzonnecellen commercieel levensvatbaar te maken."