Thin and highly efficient silicon-based solar cells incorporating nanostructures

Prosjektet "Thin and highly efficient silicon-based solar cells incorporating nanostructures", hvori både forskere og stipendiater ved IFEs Avdeling for Solenergi, har som mål å utvikle nye materialer og nye teknologi for radikalt billigere solceller av k rystallinsk silisium enn man har i dag. Prosjektet har bidratt til en vesentlig styrkning av kompetansen og infrastrukturen ved IFE, og det har også resultert i innovasjonsprosjekter med industripartnere, samt flere patentsøknader. Deler av arbeidet gjøre s i samarbeid med internasjonalt ledende forskningsgrupper ved Delft University of Technology (NL), National Renewable Energy Laboratories (NREL), University of Konstanz (D), Fraunhofer Instutute for Solar Energy (D) Uppsala Universitet (S) og Universitet et i Oslo (N). I 2013 har forskningen i prosjektet dreid seg om overflatepassivering for supertynne solceller, lyshøsting, laserprosessering og solcellemodellering. I arbeidet med lyshøsting har hovedmålet vært å muliggjøre fremstilling svært tynne solce ller som er i stand til å fange nær sagt alt lys. En del av arbeidet har ledet frem til en helt ny prosess for fremstilling av såkalte graderte antirefleksjonsbelegg som muliggjøre fremstilling av tilnærmet sorte solcellepaneler med høy virkningsgrad. En annen del av arbeidet har gått ut på å fremstille såkalte fotoniske krystaller, strukturer som gjør det mulig å styre lysets gang inni solcellen, og følgelig fremstille nærmest lystette solceller. En prosess der en maske fremstilles av selvordnede nanostr ukturer på en wafer som etterpå fremkalles ved hjelp av en laser har vært hovedfokus i 2013. Arbeidet på lyshøsting har resultert i en rekke publikasjoner og bidrag på internasjonale konferanser, flere mastergrader og 1 PhD-avhandling. I arbeidet med me tallhydridmaterialer har målet vært å undersøke hvorvidt slike materialer har de riktige optiske og elektriske egenskapene til bruk i solceller, noe som vil kunne lede til produksjon av svært billige solceller basert på noen av verdens mest tilgjengelige stoffer. I 2013 har det blitt arbeidet videre med fremstilling og karakterisering av filmer av halvledende magnesiumnikkelhydrid. I tillegg oppdaget vi i 2011 at tynne filmer av oksygenrik yttriumhydrid faktisk kan være fotokromiske, det vil si at de kan skifte farge ved belysning. Denne effekten kan være høyst interessant for en rekke anvendelser, blant annet i såkalte smarte vinduer i lavenergihus. Arbeidet har vakt internasjonal oppmerksomhet. Dette arbeidet har ledet til en rekke publikasjoner, bidrag på internasjonale konferanser, samt til en PhD-avhandling. I arbeidet med solcelleteknologi har forskningen hovedsakelig dreid seg om to viktige prosesser for fremstilling av effektive, svært tynne silisiumbaserte solceller: laserprosessering og overfla tepassivering. I arbeidet med laserprosessering, som benytter seg av to lasere ved IFE, har nye prosesser for strukturering av silisium blitt utviklet. I tillegg har andre laserprosesser, som dannelse av åpninger gjennom tynne filmer uten å skade material ene under blitt undersøkt. Dette arbeidet har ledet til publikasjoner, en patentsøknad, samt en PhD-avhandling som ble forsvart i 2013. I arbeidet med overflatepassivering har en ny metode for karakterisering av slike strukturer basert på luminescensavbi ldning av prøver under forspenning (PL-V) blitt utviklet. PhD student Halvard Haug fikk en pris for dette arbeidet på konferansen SiliconPV i Leuven i 2012. Den nye metoden har gjort det mulig å utvikle nye, forbedrede prosesser for overflatepassivering a v solceller, og har også ledet til publikasjoner. I 2013 er det arbeidet med å utvikle nye materialsystemer som kan gi økt overflatepassivering, og arbeidet har resultert i flere publikasjoner. Universitetet i Konstanz har vært involvert i deler av dette arbeidet. Dette arbeidet har også muliggjort utvikling av en ny metoder for å studere silisium som solcellemateriale (Spot-LID). I tillegg til dette har det gjennom dette prosjektet blitt utviklet et nytt, fleksibelt og frittstående software som muliggj ør effektiv og mer presis solcellemodellering kalt PC1D-GUI. Dette arbeidet har vakt internasjonal oppsikt, og har resultert i direkte internasjonalt samarbeid med Fraunhofer ISE.

Within the frame of this project, a solar cell technology based on very thin crystalline silicon substrates utilizing nanostructures and novel materials for dramatically enhancing the solar cell efficiency through an improved utilization of the solar spec trum will be developed. This is a highly relevant topic for the present call for proposals. A group of nanostructured materials exhibiting the unique physical properties of low-dimensional systems will be investigated, and their potential suitability for enhancing the efficiency of silicon-based solar cells beyond that obtainable by conventional silicon-based cells determined.