211service.com
Solceller der ser rødt
Forskere ved Stanford University har demonstreret et sæt materialer, der kunne gøre solceller i stand til at bruge et bånd af solspektret, som ellers går til spilde. Materialerne på bagsiden af solceller ville omdanne rødt og nær-infrarødt lys - ubrugeligt af nutidens solceller - til lys med kortere bølgelængde, som cellerne kan omdanne til energi. Universitetsforskerne vil samarbejde med Bosch Research and Technology Center i Palo Alto, Californien, for at demonstrere et system i fungerende solceller i de næste fire år.
Lyskontakt: I en proces, der kunne gøre solceller mere effektive, opkonverteres grønt laserlys til blåt lys af en opløsning af farvestoffer og metalnanopartikler.
Selv de bedste af nutidens siliciumsolceller kan ikke bruge omkring 30 procent af lyset fra solen: Det skyldes, at de aktive materialer i solceller ikke kan interagere med fotoner, hvis energi er for lav. Men selvom hver af disse individuelle fotoner er lavenergi, repræsenterer de som helhed en stor mængde uudnyttet solenergi, der kan gøre solceller mere omkostningskonkurrencedygtige.
Processen, kaldet opkonvertering, er afhængig af farvepar, der absorberer fotoner med en given bølgelængde og genudsender dem som færre fotoner med kortere bølgelængde. I dette tilfælde vil Bosch og Stanford-forskerne arbejde på systemer, der konverterer nær-infrarøde bølgelængder (hvoraf de fleste er ubrugelige af nutidens solceller). Lederen af Stanford-gruppen, adjunkt Jennifer Dionne, mener, at gruppen kan forbedre sollys-til-elektricitetskonverteringseffektiviteten af amorfe siliciumsolceller fra 11 procent til 15 procent.
Konceptet med opkonvertering er ikke nyt, men det er aldrig blevet demonstreret i en fungerende solcelle, siger Inna Kozinsky, senioringeniør hos Bosch. Opkonvertering kræver typisk to typer molekyler for at absorbere fotoner med relativt høj bølgelængde, kombinere deres energi og genudsende den som fotoner med højere energi og lavere bølgelængde. Imidlertid er chancerne for, at molekylerne støder på hinanden på det rigtige tidspunkt, når de er i de rigtige energiske tilstande, lave. Dionne udvikler nanopartikler til at tilføje til disse systemer for at øge disse chancer. For at lave bedre opkonverteringssystemer, designer Dionne metalnanopartikler, der fungerer som bittesmå optiske antenner, og dirigerer lyset i disse farvestofsystemer på en sådan måde, at farvestofferne udsættes for mere lys på det rigtige tidspunkt, hvilket skaber mere opkonverteret lys, og derefter dirigerer mere af det opkonverterede lys ud af systemet i sidste ende.
Den ultimative vision, siger Dionne, er at skabe et solidt. Plader af et sådant materiale kunne lægges ned på bunden af cellen, adskilt fra selve cellen af et elektrisk isolerende lag. Fotoner med lav bølgelængde, der passerer gennem det aktive lag, vil blive absorberet af opkonverterslaget og derefter genudsendt tilbage i det aktive lag som brugbart lys med højere bølgelængde.
Kozinsky siger, at Boschs mål er at demonstrere opkonvertering af rødt lys i fungerende solceller om tre år og opkonvertering af infrarødt lys om fire år. Med tanke på den tid, der er nødvendig for at skalere op til fremstilling, siger hun, at teknologien kan være i Boschs kommercielle solceller om syv til 10 år.