Tid og sted for prøveforelesning
Bedømmelseskomité
- Dr. Marius Peters, Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, Tyskland
- Professor Ingve Simonsen, Institutt for fysikk, NTNU, Trondheim, Norge
- Førsteamanuensis Arnt Inge Vistnes, Fysisk institutt, UiO, Norge.
Leder av disputas
Veileder
- Erik Stensrud Marstein
- Professor Aasmund S. Sudbø
Sammendrag:
En av de mest lovende metodene å gjøre solceller konkurransedyktig med konvensjonelle energikilder er å redusere materialforbruket ved å gjøre solcellene tynnere. Forutsetningen er imidlertid at man klarer å absorbere en tilstrekkelig del av sollyset i den syltynne solcellen. For å øke absorpsjon av sollys kan baksiden av solcellen tekstureres, slik at lysstråler som treffer baksiden reflekteres i flere retninger. Dette øker lengden på strålebanen i solcellen og dermed sannsynligheten for absorpsjonen. Vi har undersøkt overflater som har en periodisk struktur, også kalt fotoniske krystaller. Den fotoniske krystallen består av et periodisk mønster med periodestørrelse på noen hundretalls nanometer, det samme som bølgelengden til sollys. Ved å bruke disse mønstrenes egenskapene til å reflektere lys i bestemte retninger fant vi at det er mulig å oppnå en optisk tykkelse som er mer enn 25 ganger den fysiske tykkelsen av solcellen. En slik struktur muliggjør solceller med en brøkdel av dagens tykkelse, og vil kunne føre med seg både en kostnadsreduksjon samt en reduksjon i energiforbruket ved framstilling av en solcelle.
Dagens mest effektive silisiumsolceller benytter en type teksturert framside som gir lysfanging opp mot det optimale og dannes i en forholdsvis enkel og billig prosess. De fotoniske krystallene oppnår imidlertid en tilsvarende lysfanging med strukturer som er om lag en tidel av størrelsen på konvensjonelle strukturer. Dette er spesielt viktig når man skal lage solceller som er betraktelig tynnere enn dagens solceller.
Vi brukte datasimuleringer til å undersøke hvordan størrelse og formen på grunnelementene, eller enehetscellene, i de fotoniske krystallene påvirker absorpsjonen av sollys. Det viste seg at i tillegg til mønsterperioden og dybden på strukturene så er symmetrien i enhetscellen avgjørende. De mest avanserte strukturene med lavest symmetri var også de som hadde de som ga høyest absorpsjon. Den beste strukturen viste seg å ha et lysfangingspotensial på linje med det som er optimalt mulig ved den gitte tykkelsen.
Hvis fotoniske krystaller skal kunne benyttes i kommersielle solceller er det behov for produksjonsmetoder som er både rimelige og mulig å skalere til store arealer. Vi så nærmere på to slike metoder, nanoimprintlitografi og selvordnende fotoniske krystaller. Nanoimprintlitografi benytter et stempel til å trykke mønsteret i et mykt plastmateriale. Forsøkene med nanoimprint viste at det var mulig å lage slike mønster og overføre til en tynn silisiumsolcelle med en fjerdedel av dagens tykkelse, men brekkasje kan være en utfordring med denne teknologien. En annen spennende metode er å fordele en løsning med nanokuler ut over overflaten på solcellen. Kulene har en evne til å ordne seg i et tettpakket lag med kuler på overflaten, og danner dermed en fotonisk krystall. Mønsteret kan deretter overføres til silisiumskiven ved hjelp av for eksempel laser. Da fokuseres laserlyset under hver av kulene slik at silisiumet fordampes akkurat her. Utfordringen her er å få homogenitet over store områder.
For mer informasjon
Kontakt Ekspedisjonskontoret:
e-post: ekspedisjon@fys.uio.no
Telefon: 22 85 64 28