Ny type solceller med stort potentiale
Forskere ved Københavns Universitet har vist, at en enkelt nanowire kan koncentrerer 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, ved Nano-Science Center, Niels Bohr Instituttet om den overraskende opdagelse, der netop er beskrevet i tidsskriftet Nature Photonics.
Forskergruppen har igennem 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. Det betyder, at der er mindre lys udenfor nanowirene, idet der samlet set er den samme mængde energi til stede. Det at sollyset koncentreres giver dog 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
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 solceller, udnyttelse af solens stråler og måske udvindingen af energi på internationalt plan. Der vil dog endnu nogle år, før produktion af solceller bestående af nanowires bliver en realitet, siger Peter Krogstrup, der netop afsluttet sig 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 den høje strøm som deres solcelle producerede.
Figuren viser, at solens stråler bliver suget ind i en nanowire, der står på et substrat. Ved en given bølgelængde koncentreres solens stråler op til 15 gange. Dermed er der stort potentiale i at bruge nanowires i udvikling af fremtidens solceller.