Forskare från MIT har sensibiliserat befintliga kiselsolceller med singlet exciton fissionsmetod. Detta kan öka effektiviteten hos solceller från 18 procent till så högt som 35 procent och därmed fördubbla energiproduktionen och därmed minska kostnaderna för solteknik.
Det börjar bli absolut nödvändigt att minska vårt beroende av fossila bränslen och bygga teknik för en hållbar framtid. Solkraft är en förnybar källa till energi där solens ljus omvandlas till elektrisk energi. Solceller är oftast gjorda av kisel som använder fotovoltaisk process för att omvandla solljus till elektricitet. Tandemceller designas också som i allmänhet inkluderar perovskitesceller där varje sektion av solcellerna kan utnyttja solens energi från dess varierande spektrum och därmed ha högre effektivitet. Solceller som finns tillgängliga idag begränsas av deras effektivitet som bara är 15-22 procent.
En studie publicerad den 3 juli i Natur har visat hur kisel sol- celleffektivitet kan höjas till så högt som 35 procent genom att tillämpa en effekt som kallas singlet exciton fission. I denna effekt kan en enda partikel av ljus (foton) generera två elektron-hålpar i motsats till bara ett. Single exciton fission ses i många material sedan upptäckten på 1970-talet. Den aktuella studien syftade till att för första gången översätta denna effekt till en livskraftig solcell.
Forskare överförde singel exciton fissionseffekt från tetracen – ett känt material som uppvisar det – till kristallint kisel. Detta material tetracen är ett kolväte ekologisk halvledare. Överföringen uppnåddes genom att placera ett ytterligare tunt lager av hafniumoxinitrid (8 Ångström) mellan excitoniskt tetracenskikt och kiselsolcell och koppla dem.
Detta lilla hafniumoxinitridskikt fungerade som en brygga och möjliggjorde generering av högenergifotoner i tetracenskiktet som sedan utlöste frisättning av två elektroner i kiselcellen i motsats till den vanliga. Denna sensibilisering av kiselsolceller minskade värmeförlusterna och möjliggjorde bättre ljuskänslighet. Energiproduktionen från solcellerna fördubblades när mer effekt genererades från gröna och blå delar av spektrumet. Detta kan öka effektiviteten hos solceller till så hög som 35 procent. Tekniken skiljer sig från tandemsolcellerna eftersom den bara tillför mer ström till kislet utan att lägga till ytterligare celler.
Den aktuella studien har visat improviserade singlet-fission kisel solceller som kan uppvisa ökad effektivitet och därmed minska den totala energiproduktionskostnaden för solteknik.
***
{Du kan läsa den ursprungliga forskningsartikeln genom att klicka på DOI-länken nedan i listan över citerade källor}
Källa (er)
Einzinger, M. et al. 2019. Sensibilisering av kisel genom singlet exciton fission i tetracen. Natur. 571. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1339-4
