Geometrische lichtvanger is een eenvoudige en veelbelovende strategie om de optische absorptie en efficiëntie van zonnecellen aanzienlijk te verbeteren. Niettemin, implementatie van geometrische lichtvangst in organische fotovoltaïsche (OPV) is een uitdaging vanwege het feit dat een uniforme organische actieve laag zelden kan worden bereikt op een gestructureerd substraat. Professor Zhiyong Fan en zijn groep van de Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) rapporteerden een nieuwe nanobowl optische concentrator vervaardigd op goedkope aluminiumfolie en gericht op het aanpakken van dit probleem. Ze hebben met succes OPV-apparaten gefabriceerd op basis van een dergelijke optische concentrator en hebben een verbetering van meer dan 28% aangetoond in de energieconversie-efficiëntie ten opzichte van de apparaten zonder nanobowl. Dit werk is gepubliceerd in Wetenschapsbulletin .

Zonne-energie is een van de meest veelbelovende hernieuwbare energiebronnen en vormt in de toekomst een schone en ultieme vervanging voor fossiele brandstoffen. In de afgelopen decennia is enorme inspanningen zijn geïnvesteerd in de ontwikkeling van efficiënte en kosteneffectieve fotovoltaïsche apparaten die concurrerend zijn met fossiele brandstoffen. Organische fotovoltaïsche (OPV) wordt beschouwd als een van de veelbelovende kandidaten voor grootschalige, goedkope en efficiënte oogst van zonne-energie. Typische OPV-apparaten worden gefabriceerd op een glazen substraat en gebruiken met indium gedoteerd tinoxide als elektrode. Echter, een dergelijk substraat is niet flexibel en de relatief hoge weerstand van de ITO-elektrode zal de prestaties van het OPV-apparaat in gevaar brengen. Ter vergelijking, een aluminiumfoliesubstraat heeft de voordelen van een uitstekende geleidbaarheid, flexibiliteit, kosteneffectiviteit en roll-to-roll verwerkbaarheid. In de tussentijd, lichtopsluiting door substraat met nanotextuur is een aantrekkelijke strategie om de efficiëntie van zonnecellen te verbeteren. Niettemin, een dergelijke toepassing voor OPV is tot nu toe met succes aangetoond. Dit komt mede door de strengere eis aan de uniformiteit van de actieve laagdikte voor OPV-apparaten en een dergelijke uniformiteit is moeilijk te garanderen op nanotextuur met de bestaande coatingtechnieken.

De nieuwe optische concentrator van de nanobowl, ontwikkeld door professor Zhiyong Fan, kan de optische absorptie in de actieve laag van organische zonnecel grotendeels verbeteren en optische simulatie onthulde dat een dergelijke verbetering werd bijgedragen door het superieure foton-capture-vermogen van de nanobowl. In aanvulling, ze hebben het effect van de geometrie van nanobowl op de zonnecelprestaties onderzocht en drie soorten nanobowl met een pitch van 1000 nm, 1200 nm en 1500 nm werden bestudeerd. Zonnecellen op basis van nanobowl met een pitch van 1000 nm vertoonden de beste fotonabsorptie in de fotoactieve laag, wat leidde tot de hoogste kortsluitstroomdichtheid van ~ 9,41 mA cm-2 van alle nanobowl-substraten. Met een nullastspanning van 0,573 V en een vulfactor van 57,9%, deze nanobowl-zonnecel behaalde een omzettingsrendement van zonne-energie van 3,12 %, wat een verbetering van 28% is ten opzichte van het controleapparaat zonder nanobowl. Dit werk onthulde niet alleen het diepgaande begrip van lichtopsluiting door de optische concentrator van nanobowl, maar toonde ook de haalbaarheid aan van het implementeren van geometrische lichtvanger tegen lage kosten, oplossing verwerkbare OPV.

De ontwikkeling van de nieuwe nanobowl optische concentrator en de toepassing ervan op OPV waren een gezamenlijke inspanning waarbij professoren van de afdeling Scheikunde van HKUST betrokken waren, waaronder professor Shihe Yang en professor He (Henry) Yan, die werken aan baanbrekende onderzoeken over organische fotovoltaïsche energie. Het onderzoeksproject werd ondersteund door General Research Funds van de Hong Kong Research Grants Council en de Hong Kong Innovation Technology Commission.