Ερευνητές υπό την καθοδήγηση του Πανεπιστημίου King Khalid της Σαουδικής Αραβίας ανέπτυξαν ένα αντιανακλαστικό κάλυμμα για φωτοβολταϊκές μονάδες, το οποίο κατασκευάζεται μέσω 3D εκτύπωσης.
Το κάλυμμα βασίζεται σε συμπολυμερή κυκλικών ολεφινών (COC), στα οποία προστέθηκε σκόνη οξειδίου του αλουμινίου (Al₂O₃) σε διαφορετικές συγκεντρώσεις. Τα COC είναι πολυμερή με εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες και διαφάνεια, ενώ το Al₂O₃ είναι γνωστό για τις ενισχυμένες αντι-ανακλαστικές του ιδιότητες.
«Η εφαρμογή αντιανακλαστικών υλικών στα φωτοβολταϊκά υποστρώματα μπορεί να βελτιώσει την απορρόφηση του ηλιακού φωτός και να μειώσει την αντανάκλαση», εξήγησαν οι ερευνητές. «Επί του παρόντος, δεν υπάρχει ιδανική αντιανακλαστική επίστρωση για τα ηλιακά κύτταρα που να επιτρέπει τη μετάδοση του ηλιακού φωτός χωρίς αντανάκλαση».
Το νέο κάλυμμα εκτυπώθηκε σε διαστάσεις 52 mm x 38 mm × 1 mm και τοποθετήθηκε σε φωτοβολταϊκά κύτταρα από πολυκρυσταλλικό πυρίτιο. Το νήμα για τον εκτυπωτή κατασκευάστηκε επί τόπου, με θέρμανση του πολυμερούς COC και του Al₂O₃ έως την κατάσταση τήξης. Στη συνέχεια, το μείγμα πέρασε μέσω ενός spinnerette και ακολούθησε διαδικασία στερεοποίησης. Δημιουργήθηκαν πέντε νήματα, ένα με καθαρό COC και τα υπόλοιπα με 1 wt% (COCA 1), 2 wt% (COCA 2), 3 wt% (COCA 3) και 4 wt% (COCA 4) Al₂O₃.
«Η μέθοδος Fused Deposition Modeling (FDM) είναι μια τεχνική πρόσθετης κατασκευής που λειτουργεί με την αρχή της εξώθησης. Ένας τρισδιάστατος σχεδιασμός καλύμματος δημιουργείται από λογισμικό CAD», ανέφερε η ομάδα. «Τα δείγματα κατασκευάστηκαν με ακροφύσιο διαμέτρου 0,4 mm. Η θερμοκρασία του κρεβατιού διατηρήθηκε στους 60°C, το πάχος του στρώματος ορίστηκε στα 0,2 mm, η γωνία raster στα 45° και το μοτίβο infill ήταν γραμμικό χωρίς υποστήριξη».
Όλα τα προϊόντα ελέγχθηκαν για την δομική και μορφολογική συμπεριφορά τους, τις μηχανικές και οπτικές τους ιδιότητες, την εξωτερική και εσωτερική κβαντική αποδοτικότητα (EQE και IQE), την φασματική απόκριση, τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά και τα χαρακτηριστικά I-V.
Το κάλυμμα COCA3 είχε την υψηλότερη διαπερατότητα με 94,65% και τη χαμηλότερη ανακλαστικότητα με 5,35%. Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η ανακλαστικότητα αυξάνεται σε υψηλότερες γωνίες πρόσπτωσης, από 5,35% στους 0°C έως 21,32% στους 80°C για το δείγμα COCA3, ενώ η διαπερατότητα μειώνεται από 94,65% στους 0°C έως 78,68% στους 80°C για το ίδιο δείγμα. Επιπλέον, η φασματική απόκριση αυξήθηκε από περίπου 0,05 σε περίπου 0,58 A/W στα 850 nm.
Οι δοκιμές έδειξαν επίσης ότι η κινητικότητα Hall και η συγκέντρωση φορέων αυξήθηκαν σταδιακά καθώς η ηλεκτρική αντίσταση μειωνόταν στο κύτταρο καλυμμένο με COCA3. Επίσης, το κάλυμμα COCA3 είχε χαμηλότερη ηλεκτρική αντίσταση και υψηλότερη κινητικότητα Hall και συγκέντρωση φορέων.
«Η αποδοτικότητα μετατροπής ισχύος των φωτοβολταϊκών κυψελών με επικάλυψη COCA αυξήθηκε από 13,74% σε 18,34% υπό ελεγχόμενες συνθήκες και από 12,88% σε 17,21% σε εξωτερικές συνθήκες, με συγκέντρωση 3 wt% αλουμίνας (COCA3)», κατέληξε η ομάδα. «Με την προσθήκη αλουμίνας σε συγκέντρωση 4 wt%, τόσο η τάση ανοικτού κυκλώματος όσο και το ρεύμα βραχυκυκλώματος μειώθηκαν, οδηγώντας σε μείωση της αποδοτικότητας της φωτοβολταϊκής κυψέλης».
