211service.com
Gør silicium mindre reflekterende
Siliciumsolceller reflekterer omkring en tredjedel af det lys, som de potentielt kan omdanne til elektricitet. En ny nanostruktureret belægning udviklet af forskere ved Rennselaer Polytechnic Institute (RPI), i Troy, NY, reducerer disse refleksioner til kun 4 procent. Professor i anvendt fysik Shawn-Yu Lin og hans kolleger beregner, at belægningen kunne øge en siliciumsolcelles effektivitet til at omdanne lys til elektricitet med næsten 43 procent. De præsenterede deres resultater i en 29. oktober Optik bogstaver papir.
Intet spejl: En 700 nanometer tyk, syv-lags antireflekterende belægning på en siliciumwafer reducerer refleksionen af sollys, der kommer ind ved næsten alle bølgelængder og vinkler. Belægningen kunne øge effektiviteten af siliciumsolceller.
Den nye belægning giver antirefleks for sollys, der kommer ind i næsten alle vinkler og alle sollysbølgelængder, siger Lin. Det er en 700 nanometer tyk struktur af forskellige materialelag, som forskerne dyrker på en siliciumwafer. Den flerlagede belægning reducerer reflektionen af synlige og nær-infrarøde bølgelængder, som silicium kan omdanne til elektricitet.
Producenter af solceller bruger i øjeblikket et tyndt lag siliciumnitrid til at skære refleksion. Men laget eliminerer refleksionen af et meget snævert bølgelængdeområde - dets tykkelse dikterer området. Et andet problem er, at det kun fungerer godt til lys, der kommer ind i bestemte vinkler. Siliciumskiver belagt med siliciumnitrid reflekterer tæt på 20 procent af det nyttige lys, der falder på dem.
Lin og hans kolleger havde tidligere designet en lignende belægning til aluminiumnitrid, som bruges til at fremstille lysemitterende dioder. Den nye belægning er dog designet specielt til silicium, det materiale, der er meget udbredt i solceller. Belægningen har syv lag: de to nederste er lavet af titaniumdioxid, de tre midterste af forskellige blandinger af silica og titaniumoxid, og de to øverste af skrå silicastænger i nanoskala.
Refleksion ved grænsefladen mellem to materialer, i dette tilfælde luft og silicium, afhænger af forskellen mellem deres brydningsindeks - materialets evne til at bøje lys. Reduktion af forskellen reducerer refleksion. Luft har et brydningsindeks på 1, mens silicium er 3,5. Forskerne bruger lagene til at nedbryde dette hul i mindre trin. Det øverste silica nanorod-lag har et indeks på 1,09, og nedadgående har hvert lag et successivt større indeks. Det sekventielle arrangement af den flerlagede nanostruktur gør det muligt for sollys at få en blød landing på solcellen, siger Lin. Lys bøjes gradvist mere og mere, efterhånden som det går gennem hvert lag, og mindre af det bliver reflekteret tilbage til luften.
Forskerne afsætter de skrå silica nanorods i de to øverste lag ved at holde waferen i en vinkel. Ved at kontrollere nanorodernes vinkler kontrollerer forskerne materialets porøsitet og skaber lag med ekstremt lave brydningsindeks.
Lin og hans gruppe hos RPI er ikke de eneste, der arbejder på problemet. Peng Jiang , en kemisk ingeniørprofessor ved University of Florida, laver antireflekterende belægninger ved at ætse overfladen af silicium, hvilket skaber en række små siliciumsøjler, der er mindre end 300 nanometer høje. Vores bedste prøver reflekterer mindre end 1 procent af lyset, så overfladen ser helt mørk ud, siger Jiang. Hans arbejde har skabt interesse fra europæiske solcelleproducenter, og han er nu ved at oprette en startup-virksomhed, der skal fremstille belægningen i større skala.
Lin siger, at belægningen ville øge prisen på en solcelle med nogle få procentpoint - ikke mere end de nuværende siliciumnitridlag bidrager med. Forskerne planlægger nu at lave mere robuste belægninger egnet til brug med solceller.