211service.com
Gör silikon mindre reflekterande
Silikonsolceller reflekterar ungefär en tredjedel av det ljus som de potentiellt skulle kunna omvandla till elektricitet. En ny nanostrukturerad beläggning utvecklad av forskare vid Rennselaer Polytechnic Institute (RPI), i Troy, NY, minskar dessa reflektioner till endast 4 procent. Professor i tillämpad fysik Shawn-Yu Lin och hans kollegor beräknar att beläggningen kan öka en kiselsolcells effektivitet för att omvandla ljus till elektricitet med nästan 43 procent. De presenterade sina resultat i en 29 oktober Optik bokstäver papper.
Ingen spegel: En 700 nanometer tjock, sju-lagers antireflekterande beläggning på en kiselskiva minskar reflektionen av solljus som kommer in vid nästan alla våglängder och vinklar. Beläggningen skulle kunna öka effektiviteten hos kiselsolceller.
Den nya beläggningen ger antireflektion för solljus som kommer in i nästan alla vinklar och alla solljusvåglängder, säger Lin. Det är en 700 nanometer tjock struktur av olika materiallager som forskarna odlar på en kiselwafer. Den flerskiktade beläggningen minskar reflektionen av synliga och nära-infraröda våglängder som kisel kan omvandla till elektricitet.
Tillverkare av solceller använder för närvarande ett tunt lager av kiselnitrid för att skära reflektion. Men skiktet eliminerar reflektionen av ett mycket smalt våglängdsområde - dess tjocklek dikterar intervallet. Ett annat problem är att det bara fungerar bra för ljus som kommer in i vissa vinklar. Kiselwafers belagda med kiselnitrid reflekterar nära 20 procent av det användbara ljuset som faller på dem.
Lin och hans kollegor hade tidigare designat en liknande beläggning för aluminiumnitrid, som används för att tillverka lysdioder. Den nya beläggningen är dock designad speciellt för kisel, det material som används ofta i solceller. Beläggningen har sju lager: de två nedersta är gjorda av titanoxid, de tre mittersta av olika blandningar av kiseldioxid och titandioxid, och de två översta av lutande nanoskala kiseldioxidstavar.
Reflektion vid gränssnittet mellan två material, i detta fall luft och kisel, beror på skillnaden mellan deras brytningsindex - materialets förmåga att böja ljus. Att minska skillnaden minskar reflektion. Luft har ett brytningsindex på 1, medan kisel är 3,5. Forskarna använder lagren för att bryta ner detta gap i mindre steg. Det översta kiseldioxidnanorod-skiktet har ett index på 1,09, och när det går nedåt har varje lager ett successivt större index. Det sekventiella arrangemanget av den flerskiktiga nanostrukturen tillåter solljus att ha en mjuk landning på solcellen, säger Lin. Ljus böjs gradvis mer och mer när det går genom varje lager, och mindre av det reflekteras tillbaka till luften.
Forskarna lägger de lutande kiselnanoroderna i de två översta lagren genom att hålla skivan i en vinkel. Genom att kontrollera nanorodernas vinklar kontrollerar forskarna materialets porositet och skapar lager med extremt låga brytningsindex.
Lin och hans grupp på RPI är inte de enda som arbetar med problemet. Peng Jiang , en kemiteknikprofessor vid University of Florida, tillverkar antireflekterande beläggningar genom att etsa ytan av kisel, vilket skapar en rad små kiselpelare som är mindre än 300 nanometer höga. Våra bästa prover reflekterar mindre än 1 procent av ljuset, så ytan ser helt mörk ut, säger Jiang. Hans arbete har skapat intresse från europeiska solcellstillverkare och han skapar nu ett startup-företag för att tillverka beläggningen i större skala.
Lin säger att beläggningen skulle öka kostnaden för en solcell med några procentenheter – inte mer än vad nuvarande kiselnitridskikt bidrar med. Forskarna planerar nu att göra mer robusta beläggningar som lämpar sig för användning med solceller.