(Phys.org) — Technische onderzoekers van de Universiteit van Arkansas hebben de hoogste efficiëntie ooit bereikt in een 9 millimeter vierkante zonnecel gemaakt van galliumarsenide. Nadat de cellen ter grootte van een manchetknoop zijn bedekt met een dunne laag zinkoxide, het onderzoeksteam bereikte een conversie-efficiëntie van 14 procent.

Een kleine reeks van deze cellen - slechts negen tot twaalf - wekt genoeg energie op voor kleine lichtgevende diodes en andere apparaten. Maar oppervlaktemodificatie kan worden opgeschaald, en de cellen kunnen worden verpakt in grote reeksen panelen om grote apparaten zoals huizen van stroom te voorzien, satellieten, of zelfs ruimtevaartuigen.

Het onderzoeksteam, onder leiding van Omar Manasreh, hoogleraar elektrotechniek, publiceerde zijn bevindingen in Technische Natuurkunde Brieven en het aprilnummer van 2014 Zonne-energiematerialen en zonnecellen .

Een alternatief voor silicium, galliumarsenide is een halfgeleider die wordt gebruikt om geïntegreerde schakelingen te vervaardigen, lichtgevende dioden en zonnecellen. De oppervlaktemodificatie, bereikt door een chemische synthese van dunne films, nanostructuren en nanodeeltjes, onderdrukte de reflectie van de zon, zodat de cel meer licht kon absorberen. Maar zelfs zonder de oppervlaktecoating, de onderzoekers waren in staat om 9 procent efficiëntie te bereiken door het gastheermateriaal te manipuleren.

"We willen de efficiëntie van kleine cellen verhogen, " zei Yahia Makableh, doctoraalstudent elektrotechniek. "Met dit specifieke materiaal, het theoretische maximum is 33 procent efficiëntie, dus we hebben wat werk te doen. Maar we boeken vooruitgang. Het mooie van zinkoxide is dat het goedkoop is, niet-toxisch en gemakkelijk te synthetiseren."

Makableh zei dat de oppervlaktemodificatie ook kan worden toegepast op andere zonnecellen, inclusief die gemaakt van indium-arsenide en gallium-arsenide quantum dots. Zonnecellen gemaakt van deze materialen kunnen mogelijk 63 procent conversie-efficiëntie bereiken, waardoor ze ideaal zouden zijn voor toekomstige ontwikkeling van zonnecellen.

Makableh gebruikte apparatuur en instrumentatie in het Optoelectronics Research Lab van het College of Engineering, die wordt geregisseerd door Manasreh. Onderzoekers in het lab kweken en functionaliseren halfgeleiders, nanogestructureerde antireflectiecoatings, zelfreinigende oppervlakken en metalen nanodeeltjes voor gebruik in zonnecellen. Hun uiteindelijke doel is om fotovoltaïsche apparaten te fabriceren en te testen met een grotere efficiëntie van de omzetting van zonne-energie.

Manasreh richt zich op experimentele en theoretische opto-elektronische eigenschappen van halfgeleiders, superroosters, nanostructuren en aanverwante apparaten.