Posted in | Nanoenergy | Dendrimers

Silvernanopartiklar Förbättra solcell effektivitet

Published on October 7, 2009 at 9:56 AM

Forskare vid Ohio State University experimenterar med polymer halvledare som absorberar solens energi och generera elektricitet. Målet: lättare, billigare och mer flexibla solceller.

De har nu upptäckt att om man lägger små bitar av silver till plast ökar materialens elektriska nuvarande generationen.

Paul Berger, professor i elektro-och datorteknik och professor i fysik vid Ohio State, ledde laget som rapporterade resultaten online i tidskriften solenergi Material och solceller.

Berger och hans team mätt mängden absorberat ljus och strömtäthet - mängden av elektrisk ström genereras per kvadratcentimeter - som genereras av en experimentell solcell polymer med och utan silver nano-partiklar.

Utan silver genererade materialet 6,2 milliampere per kvadratcentimeter. Med silver, genererade det 7,0 - en ökning med nästan 12 procent.

Den lilla silver partiklar hjälpa polymeren fånga ett bredare spektrum av våglängder av solljus än vad som normalt skulle vara möjligt, vilket i sin tur ökar den nuvarande produktionen, förklarar Berger.

Han tillade att med ytterligare arbete, teknik kan detta räcka långt mot att göra polymer solceller kommersiellt gångbara.

"Ljuset absorberas av polymer solceller är otillräcklig i dag," sade han. "De högpresterande material har en total verkningsgrad på cirka 5 procent. Även med den relativt låga produktionskostnaden för polymerer jämfört med andra solcell material, skulle du fortfarande att öka att effektivitet till minst 10 procent gå med vinst. Ett sätt att göra det skulle vara att öka utbudet av våglängder som de absorberar. Nuvarande polymerer absorberar bara en liten del av händelsen solljus. "

Den nya tillverkningstekniken innebär att innesluta varje silver partikel i en ultra-tunn polymer lager - en annan polymer än ljusabsorberande polymer som gör upp solcell - innan de deponerar dem under ljusabsorberande polymer, beläggning förhindrar silver partiklar från klumpar, men även en rätt att själv montera in i en tät och regelbunden mosaik mönster som Berger tror är nyckeln till att öka ljuset absorption.

Även om silver partiklarna låta materialet producera 12 procent mer ström, kan denna förbättring inte översätta direkt till en 12 procent ökning av den totala solcell effektivitet. Många faktorer påverkar effektivitet, och en del energi kan gå förlorad.

Ändå kunde silvernanopartiklar öka den totala effektiviteten i stort sett alla slags solcell - de som framställts av polymerer eller andra halvledare. Berger och hans kollegor studerar nu andra nanopartiklar formuleringar som skulle öka den siffran ytterligare.

"Genom att ändra organisk beläggning, kan vi ändra avståndet mellan partiklar och ändra storlek på varje partikel. Genom att finjustera mosaikmönster, kunde vi flytta förbättrad upptagningsförmåga för olika våglängder, och därmed få ännu mer av en förbättring. Jag tror att vi kan få flera procent mer, "sade han.

Halvledar-polymer fångar mer ljus eftersom metallen nanopartiklar absorberar ljus som normalt skulle vara bortkastade. Denna extra ljusenergi väcker elektronerna i metall partiklar, skapa elektron vågor kallade plasmoner - en korsning mellan plasma och fotoner. Den plasmoner dansar över ytan, deponering energi inne i solcellen som annars skulle gå förlorad.

Forskarna har letat efter ett sätt att generera plasmoner i solceller utan att avsevärt öka svårigheten och kostnaderna för tillverkning. Med tanke på att hans teknik använder enkla tillverkning utrustning vid rumstemperatur och med tanke på den silverfärgade partiklar själv montera endast baseras på kemin i beläggningen, känns Berger att alla laboratorier lätt skulle kunna använda sig av denna slutsats.

"Inte bara veckan söka bättre effektivitet, men också lägre kostnader också," tillade han.
Hans medförfattare på papperet inkluderar studerande Woo-juni Yoon, som bedriver detta arbete för hans doktorsexamen, Fernando Teixeira, docent i elektro-och datorteknik, samt Jiwen Liu, Thirumalai Durasisamy, Rao Revur och Suvankar Sengupa - alla MetaMateria Partners, LLC, tidigare i Columbus, Ohio, som belagda silver nano-partiklar med polymer.

Detta arbete har finansierats av Wright Centrum för solceller innovation och kommersialisering, och Institutet för materialforskning vid Ohio State.

Last Update: 6. October 2011 10:02

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit