(PhysOrg.com) -- Met de creatie van een 3-D nanocone-gebaseerd zonnecelplatform, een team onder leiding van Jun Xu van Oak Ridge National Laboratory heeft de licht-naar-stroomconversie-efficiëntie van fotovoltaïsche cellen met bijna 80 procent verhoogd.

De technologie overwint het probleem van slecht transport van ladingen die worden gegenereerd door zonnefotonen aanzienlijk. Deze ladingen - negatieve elektronen en positieve gaten - worden meestal gevangen door defecten in bulkmaterialen en hun interfaces en verslechteren de prestaties.

"Om de beknellingsproblemen op te lossen die de efficiëntie van zonnecellen verminderen, we hebben een op nanoconus gebaseerde zonnecel gemaakt, methoden uitgevonden om deze cellen te synthetiseren en verbeterde efficiëntie van de ladingverzameling aan te tonen, " zei Xu, een lid van ORNL's Chemical Sciences Division.

De nieuwe zonnestructuur bestaat uit n-type nanocones omgeven door een p-type halfgeleider. De n-type nanoncones zijn gemaakt van zinkoxide en dienen als het junctieraamwerk en de elektronengeleider. De p-type matrix is ​​gemaakt van polykristallijn cadmiumtelluride en dient als het primaire fotonabsorberende medium en de gatengeleider.

Met deze aanpak op laboratoriumschaal, Xu en collega's waren in staat om een ​​licht-naar-vermogen conversie-efficiëntie van 3,2 procent te behalen, vergeleken met 1,8 procent efficiëntie van conventionele vlakke structuur van dezelfde materialen.

"We hebben de driedimensionale structuur ontworpen om een ​​intrinsieke elektrische veldverdeling te bieden die efficiënt ladingstransport en een hoge efficiëntie bij het omzetten van energie uit zonlicht in elektriciteit bevordert, ' zei Xu.

De belangrijkste kenmerken van het zonnemateriaal zijn onder meer de unieke elektrische veldverdeling die een efficiënt ladingstransport mogelijk maakt; de synthese van nanocones met behulp van goedkope propriëtaire methoden; en het minimaliseren van defecten en holtes in halfgeleiders. De laatste biedt verbeterde elektrische en optische eigenschappen voor de omzetting van zonnefotonen in elektriciteit.

Door efficiënt ladingtransport, de nieuwe zonnecel kan defecte materialen verdragen en de kosten verlagen bij het vervaardigen van de volgende generatie zonnecellen.

"Het belangrijke concept achter onze uitvinding is dat de vorm van de nanoconus een hoog elektrisch veld genereert in de buurt van de puntovergang, effectief scheiden, het injecteren en verzamelen van minderheidsdragers, wat resulteert in een hogere efficiëntie dan die van een conventionele vlakke cel gemaakt met dezelfde materialen, ' zei Xu.

Onderzoek dat de basis vormt van deze technologie is dit jaar goedgekeurd door de fotovoltaïsche specialistische conferentie van het Institute of Electrical and Electronics Engineers en zal worden gepubliceerd in de IEEE-procedures. De papers zijn getiteld "Efficient Charge Transport in Nanocone Tip-Film Solar Cells" en "Nanojunction solar cells gebaseerd op polykristallijne CdTe-films gegroeid op ZnO-nanocones."