Et nytt materiale muliggjør produksjon av høyeffektive solcellepaneler. Dette er de såkalte halvledernanotrådene. Når det plasseres på toppen av et tradisjonelt silisiumbasert solcellepanel, kan det potensielt doble effektiviteten til disse solcellepanelene billig.
Materialet er utviklet av forskere fra Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet. «Vi har en ny metode for svært effektiv bruk av galliumarsenid (GaAs) materiale gjennom nanostrukturering, slik at vi kan gjøre solcellepaneler mye mer effektive ved å bruke bare en brøkdel av materialet som normalt brukes.» forklarer Anjan Mukherjee, PhD-student fra Institutt for elektroniske systemer ved Norges universitet.
Øk effektiviteten
Mukherjee er hovedutvikleren av den nye teknikken. Forskere anser GaAs som det beste materialet for å øke effektiviteten til solceller. Dette i lys av dens eksepsjonelle elektriske og lysabsorberende egenskaper. Materialet har vært brukt en stund til å produsere solcellepaneler beregnet for bruk i verdensrommet.
At materialet ennå ikke er bearbeidet i stor skala i solcellepaneler på jorden, skyldes blant annet kostnader. Produksjonen av høykvalitets GaAs-komponenter for solceller er relativt kostbar. Derfor er det stor etterspørsel etter teknikker som reduserer mengden GaAs-materiale som kreves, rapporterer forskerne.
Ti ganger mer effektiv
Nå ser det ut til at en slik teknikk er tilgjengelig. «Forskergruppen vår oppdaget en ny måte å produsere solceller med et veldig høyt effekt-til-vekt-forhold som er mer enn ti ganger mer effektiv enn noen annen solcelle ved å bruke GaAs i en nanotrådstruktur,» forklarer Helge Weman, professor i Institutt for elektroniske systemer ved NTNU, ut. En forskningsartikkel fra gruppen er publisert i ACS Photonics.
Et viktig kostnadselement i tradisjonell GaAs-solcelleproduksjon er det faktum at de typisk «vokser» på en tykk og derfor relativt dyr GaAs-underkonstruksjon. Forskere avviker fra dette. «Vår metode bruker et vertikalt utvalg av nanotråder på en rimelig, industrifokusert silisium nanotrådvekstplattform,» sa Weman.
Minimer produksjonskostnadene
Ifølge forskerne er den mest kostnadseffektive og effektive løsningen å dyrke såkalte doble tandemceller med en GaAs nanotrådcelle på toppen av en silisiumsolcelle. Derfor er bruk av et dyrt GaAs-substrat ikke nødvendig. «Vi har jobbet for å minimere kostnadene ved å dyrke den beste GaAs nanotrådcellen, ettersom kostnadene ved å produsere GaAs er en av de største utfordringene som for tiden står i veien for teknologi.»
Bjorn-Ove Fimland, professor ved Institutt for elektroniske systemer ved NTNU: «Det lille fotavtrykket til nanotrådstrukturen gir ytterligere fordeler, da det tillater høy kvalitet i nanotrådkrystallene og grensesnittet med silisium. Dette forbedrer ytelsen til solcellen.»
Molekylær stråleepitaksi
Forskerne bruker en metode kalt molecular beam epitaxy (MBE) for produksjon av nanotråder. Denne metoden er mindre egnet for å produsere materiale i store volumer. Mukherjee: «Det er imidlertid mulig å produsere disse nanotrådbaserte solcellene i stor skala ved å bruke industrielle verktøy som metallisk organisk dampavsetning (MOCVD).»
Integrering av produktet på en silisiumsolcelle kan øke effektiviteten med opptil 40 %. Sammenlignet med silisiumsolceller som er tilgjengelig på markedet i dag, forventes tilnærmingen å doble effektiviteten.
Flere applikasjoner
Forskerne ser for seg flere bruksområder for nanotrådene deres. Man håper at modifikasjonen av metoden vil tillate dyrking av nanotråder på andre underlag. Ifølge forskerne åpner dette for flere søknader. «Vi utforsker dyrkingen av disse typene lette nanotrådstrukturer på atomtynne todimensjonale substrater som grafen. Dette kan åpne for enorme muligheter for produksjon av lette og fleksible solceller som kan brukes i selvdrevne droner, mikrosatelitter og andre romapplikasjoner, avslutter Mukherjee.
Mer informasjon her tilgjengelig.
Forfatter: Wouter Hoeffnagel
«Hipstervennlig student. Coffeeaholic. Popkulturinteressert. Uunnskyldende tv-elsker.»