Ερευνητές με επικεφαλής μια ομάδα στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Μαδρίτης (ISOM-UPM) της Ισπανίας παρουσίασαν μια ευρυζωνική αντιανακλαστική επίστρωση (ARC) για ηλιακά κύτταρα με βάση το αρσενικό του γαλλίου. Η νανοδομημένη επίστρωση βασίστηκε σε θερμικά οξειδωμένα νανοσωματίδια γαλλίου.
Tα πλεονεκτήματα του γάλλιο
«Σε αντίθεση με τα συμβατικά πλασμονικά μεταλλικά νανοσωματίδια που μπορούν να προκαλέσουν παρασιτική απορρόφηση, τα πλήρως οξειδωμένα νανοσωματίδια οξειδίου του γαλλίου (GaxOy-NPs) διατηρούν τη μορφολογία των νανοσωματιδίων και λειτουργούν ως μη συντονισμένα, πλήρως διηλεκτρικά ARC», δήλωσε ο Sergio Catalán Gómez, αντίστοιχος συγγραφέας, στο περιοδικό pv.
«Αυτά τα GaxOy-NPs μειώνουν την ανακλαστικότητα κατά περίπου 30% σε όλο το ηλιακό φάσμα και βελτιώνουν την εξωτερική κβαντική απόδοση των ηλιακών κυψελών και την πυκνότητα ρεύματος βραχυκυκλώματος κατά περίπου 10%», δήλωσε.
Η έρευνα, η οποία περιγράφεται λεπτομερώς στο άρθρο «Θερμικά Οξειδωμένα Νανοσωματίδια Γαλλίου ως Ευρυζωνικές Αντιανακλαστικές Επιστρώσεις για Ηλιακά Κελιά GaAs», που δημοσιεύτηκε στο Optical Materials, βασίζεται σε προηγούμενη εργασία με Ga-NPs, αλλά με έμφαση στην οξείδωση και την τεχνολογία στρώσεων διηλεκτρικών νανοσωματιδίων για αντιανακλαστική λειτουργικότητα. Προσφέρει «νέες γνώσεις σχετικά με τις «κλιμακωτές νανοδομημένες επιστρώσεις οξειδίου για φωτοβολταϊκά», σύμφωνα με τον Catalán Gómez.
«Ενώ τα πλασμονικά νανοσωματίδια Ga-As έχουν ελκυστικές ιδιότητες σκέδασης φωτός, η πρακτική τους χρήση σε ηλιακά κύτταρα GaAs είναι περιορισμένη επειδή οι πλασμονικοί συντονισμοί μπορούν να επικαλύπτονται με το φάσμα απορρόφησης των κυττάρων, προκαλώντας απώλειες», εξήγησε ο Catalán Gómez.
Αναζήτηση μιας εναλλακτικής λύσης
Η αναζήτηση μιας εναλλακτικής λύσης με τα «μορφολογικά πλεονεκτήματα αυτών των νανοσωματιδίων αλλά χωρίς πλασμονικές απώλειες» οδήγησε στην επιλογή του οξειδίου του γαλλίου. Το οξείδιο του γαλλίου αναδείχθηκε ως ένας «εξαιρετικός» υποψήφιος λόγω του δείκτη διάθλασης και του μεγάλου ενεργειακού χάσματος.
Η ομάδα κατασκεύασε τα ηλιακά κύτταρα GaAs εσωτερικά χρησιμοποιώντας τυπικές διαδικασίες φωτολιθογραφίας και μεταλλοποίησης για να διασφαλίσει ότι η μελέτη αντανακλούσε την απόδοση σε συσκευές που έλεγχε σε όλες τις διαδικασίες κατασκευής και επικάλυψης.
«Στη συνέχεια, εναποθέσαμε απευθείας νανοσωματίδια Ga-As στην μπροστινή επιφάνεια αυτών των ειδικά κατασκευασμένων κυττάρων και πραγματοποιήσαμε την επεξεργασία οξείδωσης για να σχηματίσουμε τα νανοσωματίδια GaxOy», δήλωσε ο Catalán Gómez. Η διαδικασία επέτρεψε ακριβή ρύθμιση των οπτικών ιδιοτήτων τόσο του μεγέθους όσο και της επιφάνειας. κάλυψη.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι όταν η «αρχική ακτίνα NP παραμένει κάτω από ~30 nm», τότε υπήρχε πλήρης οξείδωση χωρίς να διακυβεύεται η δομική ακεραιότητα. Αυτό επιβεβαιώθηκε με ανάλυση μικροσκοπίας.
Οι προσομοιώσεις που βασίζονται σε μετρήσεις μικροσκοπίας ατομικής δύναμης (AFM) αναπαρήγαγαν με ακρίβεια τα πειραματικά φάσματα, επικυρώνοντας το οπτικό μοντέλο. «Τα προκύπτοντα GaxOᵧ-NPs παρουσιάζουν μια ομοιόμορφη, ομαλή μορφολογία απαραίτητη για προβλέψιμη οπτική συμπεριφορά και ισχυρή αντιανακλαστική απόδοση», δήλωσαν οι ερευνητές.
Βελτιώσεις στην απόδοση
«Όταν εφαρμόζονται σε ηλιακά κύτταρα GaAs, αυτές οι επικαλύψεις αποδίδουν αναπαραγώγιμες βελτιώσεις στην εξωτερική κβαντική απόδοση και την πυκνότητα ρεύματος βραχυκυκλώματος, με μέσες βελτιώσεις περίπου 10%», σημείωσαν, προσθέτοντας ότι πειράματα ελέγχου επιβεβαίωσαν ότι τα κέρδη «οφείλονται αποκλειστικά στην παρουσία αυτών των οξειδωμένων NPs».
Συζητώντας περαιτέρω τα αποτελέσματα, η ομάδα τόνισε πώς η τεχνολογία χωρίς πλασμόνια είναι συμβατή με την τυπική επεξεργασία συσκευών και ότι η οπτική επίστρωση διαβαθμισμένου δείκτη δείχνει «μεγάλη υπόσχεση» για φωτοβολταϊκές εφαρμογές III-V.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Κάντιθ συμμετείχαν στη μελέτη.
Ενδιαφέρον για μελλοντική έρευνα παρουσιάζει η βελτιστοποίηση της αντιανακλαστικής απόδοσης και η κατασκευή μεγαλύτερων σταθερών GaxOy-NPs. Επιπλέον, η ενσωμάτωση αυτών των επιστρώσεων σε άλλα ηλιακά κύτταρα πολλαπλών επαφών III-V και οι μελέτες μακροπρόθεσμης σταθερότητας υπό συνθήκες λειτουργίας αποτελούν προτεραιότητες για μελλοντική εργασία, σύμφωνα με τον Καταλάν Γκόμεζ.
www.worldenergynews.gr
