MMaterialNews vom 03.11.2011

Energy: Solar Power Could Get Boost from New Light Absorption Design

Solar power may be on the rise, but solar cells are only as efficient as the amount of sunlight they collect. Under the direction of a new McCormick professor, researchers have developed a new material that absorbs a wide range of wavelengths and could lead to more efficient and less expensive solar technology.
A paper describing the findings, “Broadband polarization-independent resonant light absorption using ultrathin plasmonic super absorbers,” was published Tuesday in the journal Nature Communications.

“The solar spectrum is not like a laser – it’s very broadband, starting with UV and going up to near-infrared,” said Koray Aydin, assistant professor of electrical engineering and computer science and the paper’s lead author. “To capture this light most efficiently, a solar cell needs to have a broadband response. This design allows us to achieve that.”

The researchers used two unconventional materials – metal and silicon oxide – to create thin but complex, trapezoid-shaped metal gratings on the nanoscale that can trap a wider range of visible light. The use of these materials is unusual because on their own, they do not absorb light; however, they worked together on the nanoscale to achieve very high absorption rates, Aydin said.

The uniquely shaped grating captured a wide range of wavelengths due to the local optical resonances, causing light to spend more time inside the material until it gets absorbed. This composite metamaterial was also able to collect light from many different angles – a useful quality when dealing with sunlight, which hits solar cells at different angles as sun moves from east to west throughout the day.

This research is not directly applicable to solar cell technology because metal and silicon oxide cannot convert light to electricity; in fact, the photons are converted to heat and might allow novel ways to control the heat flow at the nanoscale. However, the innovative trapezoid shape could be replicated in semiconducting materials that could be used in solar cells, Aydin said.

If applied to semiconducting materials, the technology could lead to thinner, lower-cost, and more efficient solar cells, he said.

Aydin comes to McCormick from the California Institute of Technology, where this research was conducted in the group of Professor Harry Atwater and supported by the DOE Light-Material Interactions Energy Frontier Research Center (EFRC). While at Caltech, Aydin served as a research scientist in applied physics and materials science and as the assistant director of the DOE Light-Material Interactions EFRC. Previously Aydin received his BS and PhD in physics from Bilkent University in Ankara, Turkey.

He said he was drawn to Northwestern because of its collaborative work environment and its proximity to unmatched facilities, such as Argonne National Laboratory.

“When I came to interview in the electrical engineering department at McCormick, I interviewed with not just that department’s faculty, but also met with members of the materials science department,” Aydin said. “That showed me how much the school values collaboration and interdisciplinary interactions.”

Source: Northwestern University – 01.11.2011.

Recherchiert und dokumentiert von:

Dr.-Ing. Christoph Konetschny, Materialberater, Inhaber Materialsgate
Die Recherche und Aufbereitung der in diesem Dokument genannten Daten erfolgte mit größter Sorgfalt.
Für die Richtigkeit, Gültigkeit, Verfügbarkeit und Anwendbarkeit der genannten Daten übernehmen wir zu keinem Zeitpunkt die Haftung.
Bitte diskutieren Sie die Verwendung und Eignung für Ihren konkreten Anwendungsfall mit den Experten der genannten Institution.

Sie wünschen Material- und Technologierecherchen zu diesem Thema?

Materialsgate steht für hochwertige Werkstoffberatung und innovative Materialrecherchen.
Nutzen Sie unseren Beratungsservice

MMehr zu diesem Thema

Organische Solarzellen zur Erzeugung von Strom mit Hilfe von Licht gehören zu den umweltfreundlichen Zukunftstechnologien, auf die große Hoffnungen gesetzt werden: Sie können kostengünstig hergestellt werden und lassen sich - da sie biegsam wie Plastikfolien sind - flexibel verarbeiten.
Allerdings liegt ihr Wirkungsgrad bisher noch weit unter demjenigen anorganischer Halbleiter. Entscheidend für den Stromfluss ist die Erzeugung freier Ladungsträger: Als Initialschritt der Photokonversion gibt eine Komponente der organischen Solarzelle - meist ein Polymer - Elektronen ab, die von einer zweiten Komponente - dem Elektronenakzeptor, in diesem Fall Silizium-Nanopartikel - aufgenommen und weitergeleitet werden. „Über die Mechanismen und den zeitlichen Ablauf der Ladungstrennung wird... mehr
Researchers in Singapore have exploited advanced nanostructure technology to make a highly efficient and yet cheaper silicon solar cell. With this development, the researchers hope that the cost of solar energy can be halved.
Developed jointly by Nanyang Technological University (NTU) and A*STAR Institute of Microelectronics (IME), the new thin-film silicon solar cells are designed to be made from cheaper, low grade silicon. However it is able to generate electricity currents close to that produced by traditional solar cells made from costly, high quality silicon. The new NTU-A*STAR nano-structured solar cells can produce a current of (34.3mA/cm2) – a world record for a silicon solar cell of its kind. This is made... mehr
Forscher am INM - Leibniz-Institut für Neue Materialien entwickelten eine Barriereschicht, die den Metallträger von der Absorberschicht trennt und somit den Wirkungsgrad von metallbasierten CIGS-Solarzellen erhöht. Der Programmbereich „Optische Materialien“ des INM stellt diese Entwicklung auf der MATERIALICA in München aus: vom 18.-20. Oktober, Halle A6, Stand 302.
Die am INM entwickelte glasartige Schicht erhöht auf verschiedene Weise den Wirkungsgrad metallbasierter CIGS-Solarzellen: „Sie wirkt als Eisendiffusionssperre und verhindert somit die Korrosion und Oxidation des Trägers“, erklärt der Programmbereichsleiter Peter William de Oliveira. „Gleichzeitig funktioniert die Barriere als Isolationsschicht und reduziert ungewollte elektrische Ströme vom Absorber zum Träger“, so de Oliveira weiter. Zusätzlich stellt die Beschichtung eine Quelle... mehr
Die an der Empa entwickelte Technik, mit der flexible Solarzellen mit einer Rekord-Energieeffizienz von 18,7% hergestellt werden können, wurde im renommierten «Nature Materials» veröffentlicht. Der technologische Durchbruch der Empa-Forscher basiert auf der Modellierung der elektronischen Bandlücke im Halbleitermaterial der Solarzelle.
Die entscheidende Schicht, die Sonnenlicht absorbiert und in Elektrizität umwandelt, besteht aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (kurz CIGS). Dem Team gelang es, während der verschiedenen Phasen des Aufdampfprozesses der Halbleiterschicht die Flussrate der Elemente zu kontrollieren, um eine genau definierte Bandlücke zu erzeugen. Flexible und leichte Hochleistungs-Solarzellen – etwa auf Kunststofffolien – bergen ein bedeutendes wirtschaftliches Potential: Die Produktionskosten für Solarzellen... mehr
RSS
facebook
xing
twitter
linkedin

MaterialCards Weekly

Ihr persönlicher und kostenfreier Material-Reminder - wöchentlich per E-Mail

Service:
Material­cha­rak­teri­sierung und Werkstoffprüfung

Sie benötigen leistungsfähigste Methoden der Material­cha­rak­teri­sierung und Werk­stoff­prü­fung zur Optimierung Ihrer Produkte?
Barriere-Eigenschaften
Keramographie
Charakterisierung von Coatings
Charakterisierung von Fügetechnologien
Prüfung von Werkstoffen der Elektrotechnik
Korrosionstests
Charakterisierung von Composites
Charakterisierung von Katalysatoren
Bruchmechanik
Schadensanalyse von Produkten
Untersuchung von Diffusionsschichten
Prüfung von Kunststoffen
Gefüge-Analytik
Medizintechnische Untersuchungen
Metallographie
Element-Mapping
Charakterisierung von Nanobeschichtungen
Automotive Testing
Thermographie
Schadensanalyse von Bauteilen
Barriere-Eigenschaften
Keramographie
Charakterisierung von Coatings
Charakterisierung von Fügetechnologien
Prüfung von Werkstoffen der Elektrotechnik
Korrosionstests
Charakterisierung von Composites
Charakterisierung von Katalysatoren
Bruchmechanik
Schadensanalyse von Produkten
Untersuchung von Diffusionsschichten
Prüfung von Kunststoffen
Gefüge-Analytik
Medizintechnische Untersuchungen
Metallographie
Element-Mapping
Charakterisierung von Nanobeschichtungen
Automotive Testing
Thermographie
Schadensanalyse von Bauteilen
Kontaktieren Sie uns – Wir leiten Ihre Fragestellung an einen unserer Kooperationspartner weiter, die alle anerkannte und zertifizierte Prüf­la­bore mit modernster Ausstattung be­treiben.

Empfohlene Literatur

Mario Pagliaro et al.
Wiley-Vch
Adrian Kitai
John Wiley & Sons

Materialsgate Glossar

Laser
Laser steht für „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“ – übersetzt: „Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung“. Laser sind künstliche Strahlungsquellen, deren Strahlung durch ein sehr enges Frequenzspektrum, hohe Parallelität und eine große Kohärenzlänge charakterisiert ist.
Oxide
Oxide sind Sauerstoff-Verbindungen, in denen Sauerstoff die Oxidationszahl -2 hat.