Skov af nanowirer booster virkningsgraden for billige solceller

Svenske forskere har fundet en måde at omdanne næsten 14 procent af solens lys til el. Det ser ved hjælp af en en skov af nanowirer, som af internationale forskere anses som en af de mest lovende i konkurrencen med billige siliciumsolceller.

I dag ligger virkningsgraden for solceller baseret på nanowirer ellers og roder rundt på godt 10 procent, mens kommercielle siliciumsolceller for længst har passeret 20 procent.

Men i modsætning til de fleste andre solcelleteknologier, som teknologisk ikke har rykket sig meget i årtier, så er der sket store fremskridt for solceller baseret på nanowirer inden for de seneste år. Og der er meget mere at hente på både teknologi og pris.

Læs også: Dansk forsker: Nu gør vi solceller mere effektive

Solceller med nanowirer består grundlæggende af en tynd bundplade af et substrat, i det svenske tilfælde består den af indiumfosfid, hvorpå der vokser små stave eller pinde af halvledermateriale.

Selve stavene er bare 1,5 mikrometer høje og 180 nanometer i diameter. Stavene består af lige dele fosfor og indium, og den nøjagtige placering af staven afgøres af en lille dråbe guld.

Magnus Borgström, der er fysiker ved universitet i Lund og leder en forskningsgruppe, har netop opnået en virkningsgrad på 13,8 procent med de ovenfor beskrevede nanowirer, hvilket skulle være det hidtil højeste, som er opnået. I det svenske forsøg vokser de enkelte nanowirer på et substrat af indiumfosfid.

Paul Alivisatos, der er direktør for The Lawrence Berkeley National Laboratory i Californien, siger til Science, at 'fra en videnskabelig og teknologisk vinkel er resultaterne meget spændende, men der er stadig lang vej, før cellerne får en kommerciel betydning'.

Færre materialer og mere kontrolleret produktionsproces

Fordelen med nanowirer frem for nogle af de andre solcelleteknologier er især udsigten til et lavere materialeforbrug og dermed billigere pris.

For eksempel kan forbruget af det kostbare indium reduceres betragteligt i forhold til tyndfilmsolceller, som også bruger indium. Årsagen er, at elektronerne har en direkte vej til det sted, hvor de skal 'samles op' og derefter blive ført ud til det elektriske kredsløb.

Det betyder, at mængden af halvledermateriale teoretisk kan reduceres med helt op til 90 procent. Det skriver Science i en analyse af de nyeste resultater inden for nanowirer til solceller.

Ulempen ved solcellerne er, at brugen af nanowirer giver en meget stor overflade, og at elektroner på deres vej til opsamlingen har en tendens til at sætte sig 'fast' de steder, hvor der er opstået småfejl i materialet.

Her vil de afgive deres energi og dermed reducere virkningsgraden. Vejen ud af det problem er at kontrollere selve vækstfasen af de enkelte nanowirer mere nøjagtigt, så fejl i krystalstrukturen undgås.

Dansk konkurrent på nanowirer

Det danske firma Sunflake, som er et spinoff fra Københavns Universitet, er dybt involveret i udviklingen af solceller baseret på nanowirer.

Læs også: Danske Sunflake dyrker nano-solceller

Grundlæggende arbejdes der på en teknologi, som ligner den svenske, men Martin Aagesen, der er teknisk direktør hos Sunflake, forklarer, at Sunflakes materialevalg adskiller sig væsentligt fra den svenske resultater. For eksempel er de enkelte nanowirer opbygget af 50 procent galium, cirka 20 procent fosfor og cirka 30 procent arsen.:

»Og i stedet for en overflade af indiumfosfid bruger vi et substrat af silicium med et tyndt lag siliciumoxid på overfladen, som er langt billigere. Samtidig giver det os mulighed for at placere vores solcelle med nanowirer direkte oven på en mere traditionel siliciumsolcelle. Med den kombination regner vi med at ramme virkningsgrader på mellem 35 og 40 procent,« forklarer Martin Aagesen til Ingeniøren.

Dokumentation

Artikel i Science