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Hier demonstrieren wir zum ersten Mal neuartige Nanodome-Solarzellen, die eine periodische nanoskalige Modulation für alle Schichten vom unteren Substrat über den aktiven Absorber bis hin zum oberen transparenten Kontakt aufweisen. Diese Geräte kombinieren viele nanophotonische Effekte, um sowohl die Reflexion effizient zu reduzieren als auch die Absorption über einen breiten Spektralbereich zu verbessern. Nanodome-Solarzellen mit einer nur 280 nm dicken hydrieren amorphen Silizium (a-Si:H) Schicht können 94% des Lichts mit Wellenlängen von 400-800 nm absorbieren, was deutlich höher ist als die 65% Absorption flacher Filmgeräte. Aufgrund der nahezu vollständigen Absorption wird in unseren Nanodome-Geräten ein sehr großer Kurzschlussstrom von 17,5 mA/cm² erreicht. Aufregend ist, dass die Lichtmanagement-Effekte über einen weiten Bereich von Einfallswinkeln effizient bleiben, was günstig für reale Umgebungen mit signifikant diffusem Sonnenlicht ist. Wir demonstrieren Nanodome-Geräte mit einem Wirkungsgrad von 5,9%, was 25% höher ist als die flachen Filmkontrollen. Die Nanodome-Struktur ist prinzipiell nicht auf ein spezifisches Materialsystem beschränkt und ihre Herstellung ist mit den meisten Solarproduktionsverfahren kompatibel; daher eröffnet sie aufregende Möglichkeiten für eine Vielzahl von photovoltaischen Geräten, die Leistung weiter zu verbessern, den Materialverbrauch zu reduzieren und die Einschränkungen der Elementarverfügbarkeit zu mildern. Schließlich weisen unsere Nanodome-Geräte, wenn sie mit hydrophoben Molekülen modifiziert werden, eine nahezu superhydrophobe Oberfläche auf und ermöglichen somit selbstreinigende Solarzellen.
Zhu et al. (Thu,) untersuchten diese Frage.