Kleine vlokken grafeen kunnen het bruikbare spectrale gebied van licht in siliciumzonnecellen vergroten om hun efficiëntie te vergroten, nieuw onderzoek van de King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Saoedi-Arabië, shows.

Zonnecelmaterialen zijn de afgelopen jaren aanzienlijk goedkoper geworden om te produceren, toch zijn verdere kostenbesparingen nodig om zonnetechnologieën commercieel aantrekkelijk te maken. De prevalentie van silicium in zonnecellen maakt ze een goed doelwit voor efficiëntieverbetering.

"Door de efficiëntie van siliciumzonnecellen te verbeteren, we een meer kosteneffectieve manier kunnen bieden voor energieproductie, " zei Jr-Hau He, KAUST universitair hoofddocent elektrotechniek, die ook het onderzoeksteam leidde.

Grafeen quantum dots zijn kleine vlokken grafeen die nuttig zijn vanwege hun interactie met licht. Een van deze interacties is optische downconversie, dat is een proces dat licht van hoge energie omzet in lagere energie (bijvoorbeeld van het ultraviolet tot het zichtbare).

Downconversie kan worden gebruikt om zonnecellen te stimuleren. Silicium absorbeert licht zeer efficiënt in het zichtbare deel van het spectrum, en lijkt daarom zwart. Echter, de absorptiesterkte van silicium voor ultraviolet licht is veel kleiner, wat betekent dat er minder van dit licht wordt geabsorbeerd, het verminderen van de efficiëntie van zonnecellen in dat deel van het spectrum. Een manier om dit probleem te omzeilen is de neerwaartse conversie van ultraviolet licht naar energieën waarbij silicium een ​​efficiëntere absorber is.

Grafeen kwantumstippen zijn hiervoor ideale kandidaten. Ze zijn eenvoudig te vervaardigen met behulp van gemakkelijk verkrijgbare materialen zoals suiker en door ze vervolgens te verwarmen met microgolfstraling. Terwijl de stippen bijna transparant zijn voor zichtbaar licht, wat belangrijk is om dat licht door te geven aan de zonnecel, ze zijn efficiënt in het omzetten van UV-licht naar lagere energieën.

De onderzoekers integreerden de quantum dots op een silicium zonnecelapparaat. Het rendement van de zonnecellen nam toe in vergelijking met controlemonsters. Voor een volwassen technologie die een duidelijke verbetering in efficiëntie laat zien, is veelbelovend, omdat het kan worden geproduceerd met behulp van een eenvoudig productieproces.

De tot nu toe gemeten testmonsters van zonnecellen zijn nog niet geoptimaliseerd om dichter bij de recordbrekende prestaties van silicium te komen. De onderzoekers zijn daarom van plan enkele andere verbeteringstechnologieën te combineren die eerder in vergelijkbare apparaten zijn bereikt, Hij merkte.

"We hebben met succes gebruik gemaakt van oppervlaktebehandelingsbehandelingen, inclusief het fabriceren van nanostructuren en passiveringslagen, om de lichtopbrengst en de elektrische eigenschappen van zonnecellen te verbeteren. Door deze technieken allemaal te integreren, we hopen dat in de komende jaren het wereldrecord gebroken kan worden op KAUST, " hij zei.