211service.com
Nanopillar solceller
Forskare vid University of California, Berkeley, har gjort en ny sorts solcell genom att odla en rad upprättstående nanoskalapelare på aluminiumfolie. De gör böjbara solceller genom att kapsla in hela cellen inuti en transparent, gummiartad polymer. Designen, föreslår forskarna, kan leda till solceller som kostar mindre än konventionella kiselsolceller.
Billig solel : En ny solcell består av en rad upprättstående nanopelare av kadmiumsulfid (botten) inbäddade i en matris av kadmiumtellurid. Hela cellen, tillverkad på tunn aluminiumfolie, blir böjbar när den är inkapslad i polymer.
Nanopelarna gör det möjligt för forskarna att använda billigare material av lägre kvalitet än de som används i konventionell kisel- och tunnfilmsteknik. Dessutom kan tekniken som används för att tillverka cellerna anpassas för att göra rullar av flexibla paneler på tunn aluminiumfolie, vilket minskar tillverkningskostnaderna, säger Ali Javey , en professor i elektroteknik och datavetenskap som ledde arbetet. Arbetet är i ett tidigt skede, och du vet inte kostnaden förrän du gör det här med en roll-to-roll-process, säger han. Men om du kan göra det kan kostnaden vara 10 gånger mindre än vad som används för att göra [kristallina] silikonpaneler.
Solcellerna är gjorda av enhetliga 500 nanometer höga pelare av kadmiumsulfid inbäddade i en tunn film av kadmiumtellurid. Båda materialen är halvledare som används i tunnfilmssolceller. I en online Naturmaterial papper visade Javey och hans kollegor att cellerna har en effektivitet på cirka 6 procent när det gäller att omvandla solljus till elektricitet. Andra har gjort celler med pelardesigner, säger han, men de använde dyra metoder för att odla pelarna och kunde inte få verkningsgrader över 2 procent.
I konventionella celler absorberar kisel ljus och skapar fria elektroner, som behöver komma till den elektriska kretsen innan de fastnar vid defekter eller föroreningar i materialet. Detta kräver extremt rent, dyrt kristallint kisel för att uppnå de mest effektiva fotovoltaiska enheterna.
Nanopelardesignen delar upp kiselets uppgifter: materialet som omger pelarna absorberar ljus och pelarna transporterar dem till den elektriska kretsen. Detta ökar effektiviteten på två sätt. De tätt packade pelarna fångar ljus mellan dem, vilket hjälper det omgivande materialet att absorbera mer. Elektronerna har också en mycket kort sträcka att resa genom pelarna, så det finns färre chanser att de fastnar vid defekter. Det betyder att du kan använda billigare material av låg kvalitet, säger Javey.
Andra tillverkar solceller med olika nanostrukturer. Harvard University kemiprofessor Charles Lieber har gjort nanotrådar som består av en kiselkärna och olika koncentriska kiselskikt. Peidong Yang , en kemiprofessor vid UC Berkeley, har gjort färgsensibiliserade solceller med nanotrådar av zinkoxid. Dessa nanotrådsolceller har nått en verkningsgrad på 4 procent.
Javey och hans kollegor tillverkar nanopelarcellen genom att först anodisera aluminiumfolie. Detta skapar ett periodiskt arrangemang av 200 nanometer breda porer, som fungerar som mallar för kadmiumsulfidkristaller att växa upprätt. Sedan kommer en beläggning av kadmiumtellurid och den övre elektroden, en koppar- och guldfilm. De fäster cellen på en glasskiva eller gör den flexibel genom att hälla polymerlösning ovanpå och sätta den.
Detta är spännande framsteg när det gäller att integrera konstruerade nanomaterial med en mångfald av mjuka substrat för tillverkning av flexibla och vikbara högeffektiva solceller, säger Zhong Lin Wang , en materialvetenskap och ingenjörsprofessor vid Georgia Tech. Men cellen måste konkurrera med tunnfilmsflexibla solceller gjorda av kisel, kadmiumtellurid och andra material, säger Arthur Nozik , en fysikalisk kemist som studerar nanosolceller vid National Renewable Energy Laboratory, i Golden, CO. I motsats till den nya cellens flexibilitet, säger han, tror jag att försäljningsargumentet kan vara låg kostnad.
För nu undersöker forskarna material som kan förbättra celleffektiviteten. Det översta koppar-guldskiktet är till exempel bara 50 procent transparent. Om allt ljus som faller på den gick igenom, kan cellens effektivitet redan vara dubbelt, säger Javey. Forskarna planerar att göra celler med transparenta ledande material som indiumoxid. Det finns betydande utrymme för förbättringar, åtminstone två gånger, genom att helt enkelt förbättra eller byta ut vårt bästa kontaktmaterial, säger han.
Forskarna tänker också prova andra halvledarmaterial för pelarna och omgivande material. Javey säger att tillverkningsprocessen är kompatibel med ett brett utbud av halvledare, och andra kombinationer kan öka effektiviteten.
Att prova andra halvledarmaterial kan också vara viktigt med tanke på kadmiums toxicitetsproblem, påpekar Berkeleys Yang. Ändå, säger han, är arkitektur viktigast – material som vi kan fortsätta arbeta med. Det fina med detta papper är demonstrationen av hur väl arkitekturen fungerar.