Onderzoekers in Singapore hebben geavanceerde nanostructuurtechnologie gebruikt om een ​​zeer efficiënte en toch goedkopere siliciumzonnecel te maken. Met deze ontwikkeling, de onderzoekers hopen dat de kosten van zonne-energie kunnen worden gehalveerd.

Gezamenlijk ontwikkeld door Nanyang Technological University (NTU) en A*STAR Institute of Microelectronics (IME), de nieuwe dunne-film silicium zonnecellen zijn ontworpen om te worden gemaakt van goedkoper, laagwaardig silicium. Het is echter in staat om elektriciteitsstromen op te wekken die dicht in de buurt komen van de stroom die wordt geproduceerd door traditionele zonnecellen die zijn gemaakt van dure, hoogwaardig silicium.

De nieuwe NTU-A*STAR nano-gestructureerde zonnecellen kunnen een stroom produceren van (34,3 mA/cm .) ² ) – een wereldrecord voor een siliciumzonnecel in zijn soort.

Dit wordt mogelijk gemaakt door een unieke textuur te creëren met behulp van nanostructuren - die duizenden keren kleiner zijn dan mensenhaar - op het oppervlak van de zonnecel.

De resulterende elektriciteitsstroomoutput ligt dicht bij die van traditionele cellen (40mA/cm ² ). Conventionele dunnefilmzonnecellen produceren meestal ongeveer de helft van de stroom die traditionele cellen produceren.

De acceptatie van zonne-energie over de hele wereld wordt belemmerd door de hoge kosten van traditionele zonnepanelen, gedeeltelijk omdat het gemaakt is van hoogwaardig kristallijn bulksilicium.

Het gebruik van laagwaardige amorfe (vormloze) dunne siliciumfilm zonder textuur - die meer dan 100 keer dunner is - lost het materiaalkostenprobleem op, maar het is niet zo effectief in het omzetten van zonlicht in elektriciteit, waardoor er minder energie wordt geproduceerd.

De nieuw ontwikkelde nanostructuurmethode, die een unieke textuur creëert op het oppervlak van amorf silicium, verbetert de Power Conversion Efficiency (PCE) van de dunne-film siliciumcel en verhoogt zo de energie-output.

De projectleider van IME, Dr. Navab Singh, Senior wetenschapper van het NanoElectronics-programma van IME, zei:"Om verminderde lichtabsorptie en recombinatie van dragers in de dunne-filmcellen van amorf silicium te verminderen, we hebben de nieuwe nanostructuren op het siliciumoppervlak ontworpen en gefabriceerd. De enige toepassing van IME's oppervlaktetextuurstrategie bereikte een recordhoogte van kortsluitstroomdichtheid met 5,26% PCE."

"De efficiëntie van de stroomconversie op celniveau van bulk-kristallijne Si-zonnecellen is 20 - 25%. Gezien het feit dat de kortsluitstroomdichtheid recht evenredig is met PCE, het is denkbaar dat latere pogingen om de vulfactor en de nullastspanning te verbeteren, de uiteindelijke PCE van de dunne-filmzonnecellen van silicium aanzienlijk zouden verhogen om overeen te komen met die van bulk-Si-zonnecellen. Onze toekomstige onderzoeksinspanningen zullen aanvullende strategieën voor het opvangen van licht onderzoeken, zoals plasmonica, ’ vervolgde dr. Singh.

Professor Cheng Tee Hiang, Voorzitter van de School of Electrical and Electronic Engineering, zei dat het verbeteren van de efficiëntie van goedkope zonnecellen van cruciaal belang is om de acceptatie van zonne-energie over de hele wereld aan te moedigen.

"De wereld van vandaag wordt geconfronteerd met verschillende uitdagingen, waaronder de uitputting van fossiele brandstoffen, hogere kosten van dergelijke brandstoffen en een groeiende ecologische voetafdruk. Bij NTU, we zijn toegewijd aan de ontwikkeling van de volgende generatie zonnecellen die goedkoop zijn, efficiënt en gemakkelijk te vervaardigen, om zonne-energie een grotere rol te laten spelen als hernieuwbare hulpbron."

Duurzaamheid is een van NTU's Five Peaks of Excellence die de universiteit wereldwijd wil laten gelden in het kader van het vijfjarenstrategieplan van NTU 2015. De andere vier pieken zijn de toekomstige zorg, nieuwe media, het beste van Oost en West, en innovatie.

Professor Dim Lee Kwong, uitvoerend directeur van IME, zei, "De vraag naar dunne-filmzonnecellen zal naar verwachting verdubbelen in 2013. De onderzoeksinspanningen van IME op dit gebied zijn in overeenstemming met de wereldwijde beweging naar duurzame, milieuvriendelijke en rendabele energieoplossingen."