Poprawa wydajności ogniwa słonecznego
Wydajność konwersji ogniwa słonecznego (SC) wiążąca maksymalną wygenerowaną energię z energią padania jest częściowo ograniczona przez energetyczne pasmo wzbronione materiałów SC. W krzemowych (Si) SC powstaje obecnie strata ponad 20% energii padania. Jest to spowodowane występowaniem fotonów o energii poniżej pasma wzbronionego SC przenikających przez urządzenie PV bez absorpcji. Zespół finansowanego przez UE projektu NANOSPEC opracował nowatorską technologię konwersji w górę. Technologia ta umożliwia wyprodukowanie fotonu o wyższej energii (w obrębie pasma wzbronionego Si) z dwóch lub większej liczby fotonów o niższej energii, które w przeciwnym wypadku nie zostałyby wyeksploatowane. Dodatkowy materiał konwertujący w górę zwiększa wydajność teoretyczną z zadowalających 30% aż do 40% dla normalnego (nieskoncentrowanego) światła. Powodzenie projektu oparto na innowacjach w trzech głównych obszarach obejmujących materiał konwertujący w górę, drugi materiał luminescencyjny do rozszerzania zakresu spektralnego i struktury fotoniczne do zarządzania fotonami. Liczne modele umożliwiające badania teoretyczne i symulacje doprowadziły do ważnych przełomowych odkryć dotyczących fizyki leżącej u podstaw wszystkich trzech innowacji. Po obszernych badaniach dotyczących rozmaitych materiałów konwertujących górę i kombinacjach dopingujących, naukowcy wytypowali fluorek sodowy itru domieszkowany erbem (Er) (NaYF4 : 25 % Er3+) dla szerokopasmowego wzbudzenia podczerwonego. Mikrokrystaliczny proszek włączono do transparentnej macierzy perfluorocyklobutylu (PFCB) w celu integracji z urządzeniem SC konwertującym w górę. Naukowcy zbadali także materiały luminescencyjne, które absorbują światło (w innych przypadkach transmitowane), a następnie emitują je w zakresie absorpcji konwertera w górę. Rolę tę spełniły nanokrystaliczne półprzewodzące kropki kwantowe (NQD), które emitują duży odsetek absorbowanych fotonów, nawet gdy są osadzone w PFCB. Zespół wyprodukował spektralnie selektywne struktury fotoniczne, aby pomóc w zarządzaniu fotonami i promieniowaniem. Zadziałały one jak powierzchnia międzyfazowa pomiędzy energią słoneczną i NQD a koncentratorami fluorescencyjnymi, również oddzielając konwerter w górę od materiału fluorescencyjnego. Zespół z powodzeniem wyprodukował kompletny system SC o dużej wydajności optycznej, w wyniku czego powstało ponad 20 publikacji w szanowanych czasopismach naukowych. Opracowana technologia wskazuje na nowe kierunki na rynku PV, które znajdą szerokie zastosowanie w licznych sektorach, w tym obrazowaniu medycznym.
