(Phys.org) - Les scientifiques du Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) du département américain de l'Énergie ont produit des cellules solaires à l'aide de techniques de nanotechnologie avec un rendement de 18,2 % qui est compétitif. Cette percée devrait être une étape majeure pour aider à réduire le coût de l'énergie solaire.

NREL a conçu une surface nanostructurée tout en garantissant que l'électricité générée par la lumière peut toujours être collectée efficacement à partir de la cellule solaire. Les chercheurs ont fabriqué des nano-îlots d'argent sur une plaquette de silicium et l'ont brièvement immergée dans des liquides pour faire des milliards de trous de taille nanométrique dans chaque pouce carré de la surface de la plaquette de silicium. Les trous et les parois de silicium sont plus petits que les longueurs d'onde lumineuses qui les frappent, donc la lumière ne reconnaît aucun changement soudain de densité à la surface et, Donc, ne réfléchissez pas dans l'atmosphère en tant qu'énergie gaspillée. Les chercheurs ont contrôlé les nanoformes et la composition chimique de la surface pour atteindre des efficacités de cellules solaires record pour ce matériau de « silicium noir ».

Le papier, « Une cellule solaire au silicium noir efficace à 18,2 % obtenue grâce au contrôle de la recombinaison des porteurs dans les nanostructures » par Jihun Oh de NREL, Hao Chih Yuan, et Howard Branz, apparaît actuellement sur Nature Nanotechnologie le site Web de.

Typiquement, les fabricants de cellules solaires doivent ajouter une couche antireflet supplémentaire, ou deux, dans leurs cellules, ce qui augmente considérablement les coûts.

Le NREL avait précédemment démontré que leurs nanostructures réfléchissaient moins de lumière que les meilleures couches antireflet d'une cellule solaire. Mais jusqu'à maintenant, ils n'avaient pas été en mesure d'atteindre une efficacité globale avec leurs cellules en silicium noir qui pouvaient approcher les meilleures notes pour d'autres cellules en silicium.

Oh, Yuan, et Branz, a d'abord dû déterminer pourquoi l'augmentation de la surface des nanostructures réduisait considérablement la collecte d'électricité et nuisait à la tension et au courant des cellules.

Leurs expériences ont démontré que la surface élevée, et surtout un procédé appelé recombinaison Auger, limiter la collecte de photons sur la plupart des cellules solaires nanostructurées. Ils ont conclu que cette recombinaison Auger est causée lorsqu'un trop grand nombre d'impuretés dopantes introduites pour faire fonctionner la cellule passent à travers la surface nanostructurée.

Cette compréhension scientifique leur a permis de supprimer la recombinaison Auger avec un dopage plus léger et moins profond. Combinant ce dopage plus léger avec des nanoformes légèrement plus lisses, ils peuvent construire une cellule solaire efficace de 18,2 % qui est noire mais répond presque idéalement à presque tout le spectre solaire.

Le ministère de l'Énergie a financé la subvention de recherche par le biais de l'American Recovery and Reinvestment Act.

Branz, le chercheur principal de la subvention, mentionné, "Ce travail peut avoir un impact important sur les cellules solaires conventionnelles et émergentes basées sur des nanofils et des nanosphères. Pour la première fois, il montre que de très bonnes cellules solaires peuvent être fabriquées à partir de semi-conducteurs nanostructurés."

Branz a ajouté, « Les prochains défis sont de traduire ces résultats en pratiques industrielles courantes et d'obtenir ensuite une efficacité supérieure à 20 %. Après cela, J'espère voir ce genre de techniques de nanostructuration utilisées sur des cellules beaucoup plus minces pour utiliser moins de matériaux semi-conducteurs."

« Maintenant, nous avons une étude claire qui montre comment optimiser la surface et le dopage ensemble peut donner une meilleure efficacité, ", a déclaré Yuan. "La surface et la concentration de dopage près de la surface affectent les performances des cellules solaires nanostructurées."

Premier auteur, Oh, un boursier postdoctoral du NREL a déclaré que l'étude du NREL "montre clairement que la bonne combinaison d'une surface soigneusement nanostructurée et d'un bon traitement peut réduire les coûts tout en réduisant la réflexion indésirable de la lumière du soleil".