Onderzoekers van de Noorse Universiteit voor Wetenschap en Technologie (NTNU) hebben halfgeleider nanodraden van galliumarsenide ontwikkeld om een zonnecel met een ultrahoge vermogen-per-gewichtsverhouding te maken.
Het team beweert dat als het bovenop een traditionele op silicium gebaseerde zonnecel wordt geplaatst, het de efficiëntie van de huidige Si-zonnecellen tegen lage kosten zou kunnen verdubbelen.
"We hebben een nieuwe methode om galliumarsenide [GaAs]-materiaal op een zeer effectieve manier te gebruiken door middel van nanostructurering, zodat we zonnecellen veel efficiënter kunnen maken met slechts een kleine fractie van het materiaal dat normaal wordt gebruikt", zegt Anjan Mukherjee, een Promovendus bij de afdeling Elektronische Systemen en hoofdontwikkelaar van de techniek.
GaAs wordt gebruikt om zeer efficiënte zonnecellen te maken vanwege de uitzonderlijke lichtabsorptie en elektrische eigenschappen. Het wordt vaak gebruikt om zonnepanelen te maken voor gebruik in de ruimte. Hoogwaardige GaAs-zonnecelcomponenten zijn echter vrij duur om te fabriceren, wat heeft geleid tot een vraag naar technieken die het gebruik van het materiaal kunnen verminderen.
Onderzoekers hebben zich gerealiseerd dat een nanodraadstructuur de efficiëntie van zonnecellen kan verbeteren in vergelijking met standaard vlakke zonnecellen, zelfs als er minder materiaal wordt gebruikt.
"Onze onderzoeksgroep heeft een nieuwe manier gevonden om een zonnecel met een ultrahoge vermogen-per-gewichtsverhouding te maken die meer dan 10 keer efficiënter is dan welke andere zonnecel dan ook, door GaAs te gebruiken in een nanodraadstructuur", zegt Helge Weman, een professor bij de afdeling elektronische systemen van NTNU.
Het onderzoek van de groep is gepubliceerd in ACS Photonics.
"Onze methode maakt gebruik van een verticaal staande halfgeleider nanodraad-arraystructuur op een goedkoop en voor de industrie gunstig Si-platform om de nanodraden te laten groeien", zei Weman in een verklaring. “De meest kosteneffectieve en efficiënte oplossing is om een dual tandem-cel te kweken, met een GaAs-nanodraadcel aan de bovenkant die op een onderste Si-cel wordt gekweekt, waardoor het gebruik van een duur GaAs-substraat wordt vermeden. We hebben gewerkt aan het minimaliseren van de kosten van het kweken van de beste GaAs-nanodraadcel, omdat het de GaAs-fabricagekosten zijn die een van de grootste problemen zijn die de technologie momenteel tegenhouden."
“De kleine voetafdruk van de nanodraadstructuur biedt een bijkomend voordeel, omdat het zorgt voor hoge kwaliteit in kristallen in de nanodraad en in de interface met het silicium. Dit helpt de prestaties van de zonnecel te verbeteren”, zegt Bjorn-Ove Fimland, een professor aan de afdeling elektronische systemen van NTNU.
Volgens NTNU kan de ontwikkeling van deze technologie eenvoudig en kosteneffectief zijn met de juiste investeringen en R&D-projecten op industriële schaal.
"We kweken de nanodraden met behulp van een methode genaamd MBE [moleculaire bundelepitaxie], wat geen hulpmiddel is dat materialen in een hoog volume kan produceren. Het is echter mogelijk om deze op nanodraad gebaseerde zonnecellen op grote schaal te produceren met behulp van een hulpmiddel op industriële schaal zoals MOCVD [metaal-organische dampafzetting], "zei Mukherjee.
Het integreren van dit product bovenop een Si-cel zou de efficiëntie van de zonnecel kunnen verbeteren tot wel 40 procent, zei het team, wat een verdubbeling van de efficiëntie zou betekenen in vergelijking met de huidige commerciële Si-zonnecellen.
De onderzoekers zeiden dat hun aanpak zou kunnen worden aangepast, zodat de nanodraden op verschillende substraten worden gekweekt, wat tot veel andere toepassingen zou kunnen leiden.
"We onderzoeken het kweken van dit type lichtgewicht nanodraadstructuur op atomair dunne tweedimensionale substraten zoals grafeen. Dit zou enorme kansen kunnen bieden om lichtgewicht en flexibele zonnecellen te produceren die kunnen worden gebruikt in zelfaangedreven drones, microsatellieten en andere ruimtetoepassingen”, zei Mukherjee.
Bezoek de speciale vacaturesite voor technische professionals in het VK. Elke maand brengen we je honderden van de nieuwste functies uit de hele branche.
Hoe worden de GaAs-draden beschermd tegen waterstofradicalen? Staan de hoogrenderende zonnecellen in een stikstofomgeving?
Threaded commentaar mogelijk gemaakt door interconnect/it-code.
Copyright © Mark Allen Engineering Ltd (een bedrijf van de Mark Allen Group) 2019
Mark Allen Engineering Limited Geregistreerd kantoor: Mark Allen Group, St Jude's Church, Dulwich Road, Londen, SE24 0PB Geregistreerd in Engeland nr. 11569365