Автор AZoNano 3 февраля 2021

Новая технология разработки уникальных солнечных элементов может значительно повысить их эффективность. Помимо того, что ячейки состоят из тонких слоев, они также включают наноблоки, которые специально расположены.

Это было продемонстрировано международной группой исследователей под руководством Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) в новом исследовании, опубликованном в научном журнале Nano Letters .

Доступные на рынке солнечные элементы в основном сделаны из кремния. « Основываясь на свойствах кремния, невозможно сказать, что их эффективность может быть увеличена до бесконечности », – заявил д-р Акаш Бхатнагар, физик из Центра инновационной компетенции (ZIK) «SiLi-nano» в MLU. .

Команда его исследователей занимается анализом так называемого аномального фотоэлектрического эффекта, который возникает в определенных материалах. Этот эффект не требует p-n-перехода, который в противном случае позволяет току течь в кремниевых солнечных элементах.

Асимметричная кристаллическая структура соответствующих материалов определяет направление тока на атомном уровне.

Эти материалы обычно представляют собой оксиды с определенными жизненно важными преимуществами – их легче производить и они намного долговечнее. Но обычно они не поглощают больше солнечного света и демонстрируют очень высокое электрическое сопротивление.

Чтобы использовать эти материалы и их влияние, необходимы творческие архитектуры ячеек, которые усиливают преимущества и компенсируют недостатки .

Лутц Мюленбейн, ведущий автор исследования, Университет Мартина Лютера в Галле-Виттенберге

В рамках своего нового исследования физики предложили инновационную архитектуру ячеек – так называемый нанокомпозит. В исследовании также приняли участие исследовательские группы из Bergakademie Freiberg, Института модификации поверхности Лейбница в Лейпциге и Индийского университета Банараса

.

Исследователи провели эксперимент, наложив один слой из одного слоя стандартного материала толщиной всего в несколько нанометров друг на друга и смещая их перпендикулярно проходящими полосами из оксида никеля.

Полоски действуют как быстрый путь для электронов, которые генерируются при преобразовании солнечного света в электричество и которые предназначены для достижения электрода в солнечном элементе .

Акаш Бхатнагар, физик, Центр инновационных компетенций, Университет Мартина Лютера в Галле-Виттенберге

Это как раз тот транспорт, который в противном случае был бы заблокирован электронами, которые должны пересечь каждый отдельный горизонтальный слой. Фактически, новая архитектура увеличила электрическую мощность ячейки в пять раз. Дополнительным преимуществом новой техники является то, что ее можно очень легко реализовать.

Материал сам по себе образует эту желаемую структуру. Не требуется никаких экстремальных внешних условий, чтобы заставить его перейти в это состояние .

Лутц Мюленбейн, ведущий автор исследования, Университет Мартина Лютера в Галле-Виттенберге

Теперь исследователи предложили первоначальное технико-экономическое обоснование концепции, которое может быть применено даже к материалам помимо оксида никеля. Последующие исследования должны теперь проанализировать, можно ли и как такие солнечные элементы производить в промышленных масштабах.

Исследование финансировалось Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Немецкий исследовательский фонд), Федеральным министерством образования и исследований (BMBF), а также грантами Европейского фонда регионального развития (ERDF).

Ссылка на журнал:

Mühlenbein, L., и др. . (2021) Нанокомпозиты с трехмерной архитектурой и влияние на фотоэлектрический эффект. Нано-буквы . doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c03654.

Источник: https://www.uni-halle.de/?lang=en[19459008visible