(Phys.org) -- Onderzoekers van de North Carolina State University hebben een manier gevonden om veel slankere dunne-film zonnecellen te maken zonder het vermogen van de cellen om zonne-energie te absorberen op te offeren. Door de cellen dunner te maken, zouden de productiekosten voor de technologie aanzienlijk moeten dalen.

"We waren in staat om zonnecellen te maken met behulp van een 'nanoschaal sandwich'-ontwerp met een ultradunne 'actieve' laag, " zegt Dr. Linyou Cao, een assistent-professor materiaalkunde en engineering bij NC State en co-auteur van een paper waarin het onderzoek wordt beschreven. "Bijvoorbeeld, we hebben een zonnecel gemaakt met een actieve laag amorf silicium van slechts 70 nanometer (nm) dik. Dit is een aanzienlijke verbetering, omdat typische dunnefilmzonnecellen die momenteel op de markt zijn en die ook gebruik maken van amorf silicium, actieve lagen hebben tussen 300 en 500 nm dik." De "actieve" laag in dunnefilmzonnecellen is de materiaallaag die daadwerkelijk zonne-energie absorbeert voor conversie omgezet in elektriciteit of chemische brandstof.

"De techniek die we hebben ontwikkeld is erg belangrijk omdat deze algemeen kan worden toegepast op veel andere zonnecelmaterialen, zoals cadmiumtelluride, koper indium gallium selenide, en organische materialen, ’ voegt Cao toe.

De nieuwe techniek steunt grotendeels op conventionele productieprocessen, maar resulteert in een heel ander eindproduct. De eerste stap is het maken van een patroon op het substraat met behulp van standaard lithografietechnieken. Het patroon schetst structuren gemaakt van transparant, diëlektrisch materiaal tussen 200 en 300 nm. De onderzoekers bekleden vervolgens het substraat en de nanostructuren met een extreem dunne laag actief materiaal, zoals amorf silicium. Deze actieve laag wordt vervolgens bedekt met een andere laag diëlektrisch materiaal.

Door diëlektrische nanostructuren onder de actieve laag te gebruiken, ontstaat een dunne film met verhoogde oppervlakken die gelijkmatig over de hele film zijn verdeeld - zoals kantelen op de top van een middeleeuws kasteel.

"Een belangrijk aspect van deze techniek is het ontwerp van de 'sandwich op nanoschaal, ' met de actieve materialen in het midden van twee diëlektrische lagen. De nanostructuren werken als zeer efficiënte optische antennes, "Cao zegt, "door de zonne-energie op het actieve materiaal te concentreren. Deze focus betekent dat we een dunnere actieve laag kunnen gebruiken zonder in te boeten aan prestaties. In het conventionele dunne-filmontwerp, het gebruik van een dunnere actieve laag zou de efficiëntie van de zonnecel aantasten."