Nanowire solceller viser stort potentiale
Forskere ved Nano-Science Center, Niels Bohr Institutet og Ecole Polytechnique Fédérale, Lausanne, Schweiz har vist, at en enkelt nanowire kan koncentrere lysintensiteten op til 15 gange hvad der normalt er i solens stråler. Resultaterne er overaskende og potentialet for udvikling af en ny type højeffektive solceller er stort.
- På grund af nogle helt specielle fysiske egenskaber ved disse nanowires, bliver grænsen for hvor meget energi vi kan tappe fra solens stråler flyttet væsentligt. Disse resultater viser det store potentiale, der er for udvikling af nanowire baseret solceller, siger Ph.d. Peter Krogstrup om den overraskende opdagelse, der netop er beskrevet i tidsskriftet Nature Photonics.
Forskergruppen har gennem de seneste år arbejdet med at udvikle og forbedre kvaliteten af nanowire krystaller, som er en cylindrisk struktur med en diameter på omkring en 10.000 del af et menneske hår. De er spået at have stort potentiale inden for udviklingen ikke kun af solceller, men også af fremtidens kvantecomputere og andre elektroniske produkter.
Det viser sig, at nanowires helt naturligt koncentrerer solens stråler op til en faktor 15 i forhold til hvad der normalt er i solens lys. men det betyder dog også at der mindre lys udenfor nanowirene da der samlet set er den samme mængde energi. Men det at sollyset koncentreres giver i sig selv en forøgelse i effektiviteten på et par procent af den samlede omdannelse fra sollys energi til elektrisk energi, siger Peter Krogstrup og forklarer:
- Fordi diameteren på en nanowire krystal er mindre end bølgelængden på det lys, som kommer fra solen, kan der opstå resonanser i lysintensiteten i og omkring nanowirene. Resonanserne giver et koncentreret sollys, der hvor energien bliver omdannet, som kan bruges til at give en højere udnyttelse af sollysets energi, siger Peter Krogstrup, der med opdagelsen er med til at give forskning i solcelleteknologi baseret på nanowires et boost.
Ny effektivitetsgrænse
Figuren viser, at solens stråler trækkes ind en nanotråd, der står på et substrat. Ved en given bølgelængde er sollyset koncentreret op til 15 gange. Der er derfor et stort potentiale i at bruge nanotråde i udviklingen af fremtidens solceller. (credit: Niels Bohr Institutet)
Den magiske effektivitetsgrænse - den såkaldte ”Shockley-Queisser Limit” - er en fysisk grænse, som igennem mange år har været et pejlemærke for solcellers effektivitet blandt forskere, men nu ser det ud til, at den skal hæves med flere procent.
- Det er spændende som forsker at flytte de teoretiske grænser, som vi kender. Selvom det ikke lyder af meget, at grænsen er flyttet med et par procent, vil det få en stor betydning for udviklingen af nanowire solceller, udnyttelse af solens stråler og måske udvindingen af energi på internationalt plan. Der vil dog gå endnu nogle år, før produktion af solceller bestående af nanowires bliver en realitet, siger Peter Krogstrup, der netop har afsluttet sin uddannelse som forsker ved Niels Bohr Instituttet, Københavns Universitet. Forskningen er udført i samarbejde med Laboratorie des Matériaux Semiconducteurs, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Højteknologifonden og virksomheden SunFlake A/S.
Gruppens resultater understøtter resultater som blev offentliggjort i tidsskriftet Science i januar. Her viste en forskergruppe fra Lund, at solens stråler blev suget ind i nanowirene pga af den høje strøm som deres solcelle producerede.
Nanowire krystaller som er brugt som solceller. SEM (Scaning Electron Microscope) billede af GaAs nanowire krystaller dyrket på et silicium substrat. Et TEM (Transmission Electron Microscope) billede af en enkelt nanowire, og et yderligere zoom ind på krystalstrukturen, ved hjælp STEM (Scanning Transmission Electron Microscope) billeddannelse, viser de atomare kolonner.
Artikel i Nature Photonics >>
Artikel i Science, jan. 2013 >>