Efekt plazmonowy zwiększający efektywność ogniw słonecznych
Ogniwa fotowoltaiczne (PV) lub słoneczne gotowe są do masowej penetracji rynku, pod warunkiem, że uda się zwiększyć ich wydajność przy obniżeniu kosztów. Pobudzenie plazmonów w cienkowarstwowych SC wydaje się być obiecującym sposobem na osiągnięcie tego założenia. Plazmony to spójne i kolektywne fale elektromagnetyczne formujące się poprzez oscylacje elektronów prawie swobodnych na powierzchni międzyfazowej między dwoma materiałami, zwykle metalem a dielektrykiem. Wywołanie tego efektu plazmonicznego wokół metalicznych NP osadzonych w dielektrykach pozwala na zwiększony wychwyt światła na określonych długościach fali, zwiększając tym samym efektywność absorpcji. Partnerzy projektu SOLAMON ("Plasmons generating nanocomposite materials (PGNM) for 3rd generation thin film solar cells") opracowali dostosowane do potrzeb elementy budulcowe z NP do osadzenia w komercyjnych niskonakładowych podłożach krzemowych w celu uzyskania efektu plazmonowego. Wbudowywanie odbyło się zgodnie z nowym opatentowanym procesem osadzania w temperaturze pokojowej przeznaczonym dla NP. Uwzględniono trzy klasy cienkowarstwowych SC: jedną odpowiednią dla zintegrowanych rozwiązań fotowoltaicznych do stosowania wewnątrz budynków (BIPV), dwie inne dla produktów konsumenckich na mniejszą skalę. Zespół projektu SOLAMON osadził zarówno małe, jak i duże nanocząsteczki srebra (Ag), demonstrując sprawną kontrolę procesu i jego powtarzalność, jak i zdolność do wywoływania efektu plazmonicznego. Przeprowadzono również obiecujące doświadczenia wstępne z udziałem dużych metalicznych NP typu core-shell, których produkcja doprowadziła do złożenia dwóch wniosków patentowych. Zintegrowane oprogramowanie symulacyjne zostało wykorzystane do określenia i porównania właściwości optycznych trzech typów SC z udziałem materiałów nanokompozytowych generujących plazmony i bez nich (PGNM). Warstwy PGNM z powodzeniem zastosowano we wszystkich trzech typach, przy czym testy wstępne pozwoliły określić kierunek dalszej optymalizacji. W szczególności wykorzystanie dużych metalicznych NP typu core-shell ma szansę przezwyciężyć określone trudności techniczne zaobserwowane podczas fazy symulacji i testów. Ogniwa słoneczne I generacji są obecnie w użyciu, natomiast cienkowarstwowe ogniwa słoneczne II generacji są nawet bardziej konkurencyjne pod względem ceny, jednak brak im pożądanej efektywności konwersji. Technologia opracowana przez zespół SOLAMON daje wyjątkową możliwość na zwiększenie wydajności przy użyciu osadzonych NP zdolnych do wywołania rezonansu plazmonowego dla potrzeb cienkowarstwowych ogniw słonecznych III generacji. Osiągnięcie założeń projektu w ramach dalszych badań znacząco wpłynie na globalny rynek energetyczny.
