mellombåndsolcelle

En IB-solcelle består, i likhet med en konvensjonell solcelle, av en halvlederdiode mellom to elektroder. I tillegg har den et mellomliggende bånd i energigapet, ofte dopet inn. Doping er å tilsette kontrollert små mengder av et stoff i halvledermaterialet. Dette øker effektiviteten fordi solcellen kan absorbere flere lavenergetiske fotoner. Det mellomliggende nivået består oftest av et annet materiale enn resten av solcellen.

Energigapet skiller valensbåndet fra ledningsbåndet. I ledningsbåndet ledes elektroner med høy energi som er løsrevet fra sitt enkle atom, men fortsatt fanget i halvlederen. I valensbåndet ledes såkalte positive «hull», eller mangel på elektroner, som hopper fra atom til atom.

For at en halvleder skal lede strøm, må et elektron i valensbåndet tilføres nok energi til at det kan «hoppe» over til ledningsbåndet. Med et mellomliggende båndgap vil elektronene som ikke er tilført tilstrekkelig energi, hoppe opp til det mellomliggende energibåndet og videre til ledningsbåndet gjennom absorpsjon av to fotoner. Denne energien tilføres til solcellen i form av fotoner i solstrålingen. Dette gjør at man kan utnytte de deler av solstrålingen som ikke er energirike nok til å eksitere elektroner direkte fra valensbåndet til ledningsbåndet, og dermed øker effektiviteten.

Den første metoden som ble brukt for å lage mellomlagene i IB-solceller er med «kvanteprikk»-materialer, som er halvlederpartikler i nanostørrelse. Båndgapenergien er avhengig av størrelsen på disse partiklene, og derfor kan man enklere tilpasse båndgapenergien i mellom-båndet. Tilpasningsevnen til kvanteprikker gjør dem veldig gunstig for å oppnå disse båndgapenergiene. En begrensning med kvanteprikkbaserte mellombåndsolceller er at absorpsjon av lavenergi-fotoner er begrenset av størrelsen og tettheten på kvanteprikkene.

Andre måter er å introdusere mellombånd inn i eksisterende halvledermaterialer ved å dope inn urenheter i båndgapet, eller å introdusere materialer med stor forskjell i båndgapenergi.

Den teoretiske grensen for ytelse til en mellombåndsolcelle med ideell båndgapkonfigurasjon ligger på rundt 63 prosent. Dette er på nivå med en multifunctional-solcelle med 3 p–n-overganger. Fordelen med mellombåndsolcellen er at den teoretisk sett kan oppnå denne effektiviteten med lavere kompleksitet.

Ideen om mellombåndsolceller har eksistert siden 1997, og kvanteprikkbaserte solceller ble teoretisert i 2001. Den første fungerende kvanteprikkbaserte mellombåndsolcellen ble bygd i 2004.

I 2023 har de kvanteprikkbaserte solcellene oppnådd en maksimal effektivitet på rundt 18 prosent, noe som fortsatt er lavere enn konvensjonelle solceller. Derfor er de lite i bruk, og hovedsakelig innen forskning.

• solceller
• halvleder

• Antolín, E., Martí, A., and Luque, A. "Intermediate Band Solar Cells." In Comprehensive Renewable Energy, edited by Ali Sayigh, 619-639. Elsevier, 2012. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-087872-0.00127-X.
• Antolín, Elisa, Íñigo Ramiro, Antonio Martí, and Antonio Luque. "The Intermediate Band Solar Cell." In Comprehensive Renewable Energy, edited by Trevor M. Letcher, 599-626. Elsevier, 2022. Accessed February 12, 2024. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819727-1.00121-7.
• Ramiro I, Martí A. Intermediate band solar cells: Present and future. Prog Photovolt Res Appl. 2021; 29: 705–713. https://doi.org/10.1002/pip.3351