Plazmonik güneş pili

Plazmonik güneş pilleri ışıksal gerilimle çalışan cihazlar olarak tanımlanmaktadırlar ve plazmonları kullanaraktan ışığı elektriğe çevirmektedirler. Plazmonik güneş pilleri 1-2 mikrometre kalınlığında ince film şeklinde olan güneş pillerinden oluşmaktadırlar. Bu piller alt madde olarak silikondan daha ucuz olan malzemeleri kullanırlar, bu malzemelere örnek olarak cam, plastik veya çelik örnek verilebilir. İnce film güneş pilleri için en büyük problem kalın piller kadar fazla ışığı soğuramamalarıdır. Işığı yakalamak için önemli methodlara sahiptir ve bu methodları ince film güneş pillerini kullanılabilir hale getirmek amacıyla yapmaktadır. Plazmonik piller metal nanoparçacıklar kullanaraktan yüzeylerindeki plazmon rezonansını kararlı hale getirirler ve soğurma gücünü ışığı yansıtarak arttırmaktadırlar. Bu yöntem ışığın direkt olarak kalın, fazladan katmanlı diğer tür ince film güneş pillerini kullanmadan soğurulmasını sağlar.
Tarihi
İnsanlar
Plazmonik güneş pilleriyle çalışan birkaç öncü insan bulunmaktadırlar. Bu insanların temel odak noktalarından bir tanesi yüzeye dağıtılmış olan metal nanoparçacıklarının sayesinde ince SC filmini artırmaktır. Raman ışıması sayesinde metal nanoparçacıklarını kullanarak büyüklüğünün arttırılmasının keşfi sağlanmıştır. Raman ışımasındaki artış yüzeyde daha fazla kararlı hale gelen, elektronları kararlı hale sokan ve döngüyü sağlayan ince SC filmleri boyunca hareketini sağlayan fotonların sayısının artışını sağlamaktadır. Aşağıdaki liste PSC leri arttırmak amacıyla düzenlenen bir araştırma sonuçları göstermektedir.
Stuart ve Hall: Işık akımı yenilikleri 18 kat ve 165 nanometre SOI fotodedektörüyle birlikte 800 nm dalgaboyunda gümüş nanaparçacıkalrı ışığın soğurulmasında ve ışımasında kullanmaktadırlar.
Schaadt: Altın nanoparçacıklar ışığın yansıtılmasında ve soğurulmasında silikonla doldurulan 80% yükseltgenmiş ışık 500 nm civarında çalışmaktadır.
Derkacs: Altın nanoparçacıklar ince film silikonlarında %8 oranında dönüşüm verimine sahiptir.
Pillai: Gümüş parçacıklar SIO kazanmada %33 oranında foto döngüsünü arttırmaktadır.
Stenzel: Fotoakımındaki yenilikler 2.7 oranında bir faktöre sahiptir ve ITO- bakır ftalosiyonanin indiyum yapılarındaki düzenlemelerdir. Westphalen:Gümüş kümelerindeki yenilikler ITO içinde ve çinko ftalosiyanın içinde birleştirilmişlerdir ve güneş pillerinde kullanılmaktadırlar.
Rand:Ultra ince organik güneş pillerindeki verim 5 nm çapındaki gümüş nanoparçacıkları için üretilmiştir.
Brown: Fotoakım ve sentezlenmiş güneş pilleri için verim metal yalıtkan maddelerce dış kabuğun çekirdeğinde nanoparçacık geometrisi özelliği göstermektedir.
Li: Güç dönüşümü yüzde 8.8 oranında etkili bir verim sağlayarak tek bir yerde büyümesini, çiftli plazmonik nanoparçacıklar kullanarak heterojen polimer nanoparçacıkların sentezini sağlamışlardır.
Zhang, Saliba: Geliştirilmiş fotoakımı sayesinde perovskite güneş pilleri plazmonik çekirdek nanoparçacıklarının kullanım kolaylığını sağlamaktadırlar.
Cihazlar
Güneş pillerinde genel olarak üç farklı tipte jenerasyon bulunmaktadır. İlk jenerasyon - şu anda piyasada da bulunmakta olan- kristal yapılı yarıiletken silisyum pullarıdır, bunlar silikonla eşdeğerdir. Bu güneş pilleri günlük yaşamda insanların " güneş pili" denildiğinde akıllarına gelen güneş pilleridir. Günümüzde bulunan güneş pilleri ışığı yüzeyde piramit yaratarak yakalamaktadırlar. Bu piramitler birçok ince güneş pilinden daha büyük boyutlara sahiptirler. Maddenin yüzeyini pürüzsüz hale getirerek ( genel olarak SNO2 veya ZnO kullanarak) gelen dalgaboylarını sıraya koyup güneş pillerinin en üst keşfedilmiş seviyesinde depo etmektedirler. Bu metot fotoakımını arttırmaktadır fakat ince güneş pili daha zayıf malzeme kalitesine sahiptir.
İkinci jenarasyonda bulunan güneş pilleri burada tanımlanmış diğer güneş pileri gibi ince film teknolojisine dayandırılmaktadırlar. Bu tür güneş pilleri malzemeyi en aza getirmeye odaklanmışlardır ve aynı zamanda enerji üretimini de en yüksek miktarda tutmayı amaçlamışlardır. Üçüncü nesil güneş pilleri hala araştırma aşamasındadırlar. 3. nesil güneş pilleri ikinci nesil güneş pillerinde olan fiyatı daha aşağıya çekmeye çalışmaktadırlar. Üçüncü nesil güneş pilleri araştırmalar altında detaylı bir şekilde tartışılmaktadırlar.
Tasarım
Plazmonik güneş pilleri için yapılan tasarımlar ışığı yakalamada ve yansıtmada, yüzey boyunca ve malzeme boyunca kullanılan metoda göre değişiklik göstermektedir.
Nanomalzeme Pilleri
Metal nano malzemeleri ince filmin yüzeyinin üstünde saklamak güneş pilleri için bilinen bir tasarımdır. Işık bu metal nano malzemelere plazmon rezonans yüzeylerinden vurduğu zaman, ışık birçok farklı yöne yansımaktadır. Bu da ışığı güneş pilleri boyunca taşımaktadır ve malzeme ile nano malzemeler arasında sıçratmaktadır, bu da güneş pillerini daha fazla ışık hapsetmeye yöneltmektedir.
Metal Film Pilleri
Diğer bir yol ise yüzey plazmonlarını kolaylaştırmaktadır ve güneş enerjisini toplamaktadır. Diğer tür yapıda ise ince katmanlı film mevcuttur ve metalin ince katmanı alttaki tabakaya hapsedilmektedir. Işık silikon boyunca hareket eder ve yüzey plazmonlarını silikon ve metalin girişimi için üretir. Bu olay silikonun içinde elektriksel alan üretir çünkü elektrik alanı metaller içinde fazla bir yere gidemezler. Eğer elektriksel alan çok güçlü olsaydı, elektronlar foto akımı oluşturmak için taşınır ve toplanırdı. Metal içindeki ince film bu tasarımda nanometre boyunda olmalıdır ve gelen ışık için dalga rehberi olmalıdır çünkü amacı elinden geldiği kadar silikon ince film içindeki fotonların ışımasını sağlamaktır.
İlkeleri
Genel
Güneş pilinin alt katmanında bulunan foton kararlı hale geldiği zaman, elektron ve boşluk birbirinden ayrılmaktadırlar. İlk önce elektronlar ve boşluk birbirinden ayrılır daha sonra bunlar farklı yüklerde olduklarından dolayı tekrar birleşmek isterler. Eğer elektronlar bu olay için ilk önce toplansalardı, elektronlar dış devre için akım olarak kullanılırlardı. Güneş pilinin inceliğinin tasarlanması yeniden birleşmenin her zaman bir şeyi elde etmek için diğerinden vazgeçmesiyle alakalıdır. Kalın katman sayesinde ise daha fazla foton soğurmaktadır.
Nanoparçacıklar
Yansıma ve soğurma
Plazmonik güneş pillerini çalıştırmak için temel ilke ışığın metal nanoparçacıklar sayesinde depoladığını yansıtmasını ve soğurmasını içermektedir. Silikon ışığı çok iyi soğuramaz. Bu nedenden dolayı, soğurmayı arttırmak amacıyla daha fazla ışık yüzey boyunca gerekmektedir. Metal nano parçacıkların gelen ışığı silikon maddenin yüzeyi boyunca yansıtması keşfedilmiştir. Işığın soğurulmasını ve yansıtması açıklayan denklem aşağıda belirtmiştir. Bu denklem ışığın yarıçapı ışığın dalga boyundan küçük olan parçacıklar için yansımasını belirtmektedir. Aynı zamanda ışığın iki kutuplu modeli için soğurmayı da belirtmektedir.
Bu da parçacığın kutuplaşmasını belirtmektedir. Bu denklemde V parçacığın hacmini belirtmektedir. Epsilon P ise parçacığın dielektrik katsayısını tanımlamaktadır. Epsilon M ise parçacığın gömme ortam katsayısıdır. Epsilon p, epsilon m 'ye eşit olma durumu sağlandığında parçacık daha da büyümektedir. Plazmon yüzey rezonansı için kutuplaştırılma değeri bilinmektedir. Metallerin dielektrik fonksiyonunun katsayısı ise tanımlanmıştır. Önceki denklemde ise "wp" büyük plazma frekansını tanımlamaktadır. "N" serbest halde bulunan elektronların yoğunluğunu belirtmektedir. "e" elektronik yükü belirtmektedir ve "m" ise elektronun verimli kütlesini belirtmektedir. Epsilon 0 ise serbest haldeki uzayın sabit dielektrik katsayısıdır. Yüzey plazmon rezonansı için serbest uzaydaki denklem tanımlanmıştır.
Plazmonik güneş pillerin birçoğu ışığın yansıtılmasını hızlandırmak için kullanılmaktadırlar. Bu nanoparçacıklar küre şeklini almaktadırlar ve bu yüzden yüzey plazmonlarının rezonans frekansı küreler için istenilen düzeydedir. Bir önceki denklemi çözmek için, yüzey plazmon frekansı boş uzayda küre için belirtilmiştir.
Örnekte de gösterildiği gibi, yüzey plazmonunun gümüş nanoparçacık için olan yüzey frekansı, yansıtılan enine kesit için nanoparçacıkların enine olan kesitinden 10 kat daha fazladır. Nano parçacıkların hedefi güneş pillerinin yüzeyindeki ışığı yakalamaktır. Nanoparçacıklar için ışığın soğurulması önemli değildir, aksine, bu olay güneş pilleri için önem taşımaktadır. Birisi ise eğer nanoparçacıkların boyutunun artması sağlanırsa CSscat / CS part oranının azalacağını savunmaktadır. Geniş yansıma spektrumuna sahip parçacıklar için enine kesiti geniş plazmon rezonans menziline eğiliminin olacağını söylemektedir.
Dalgaboyu ilişkisi
Yüzey plazmon rezonansı genel olarak parçacıkta bulunan serbest elektronlar yoğunluğuna bağlıdır. Farklı metaller için elektronların yoğunluk sıralaması altta rezonansı karşılayan ışık türlerince belirtilmiştir. Alüminyum-Ultraviyole ışınları, Gümüş-Ultraviyole ışınları, Altın-Görünür Bölge Işınları, Bakır-Görünür bölge ışınları. Eğer gömme ortamı için verilen dielektrik sabiti değiştirilirse, rezonans frekansı da değişecektir. Yüksek kırılım endeksi, yüksek dalgaboyu frekansını da beraberinde getirecektir.
Işığı yakalama
Metal nanoparçacıklar maddeden belirli bir mesafe uzakta depo edilirler ve bunun amacı ışığı madde ile parçacıklar arasında yakalamaktır. Parçacıklar malzemenin içinde alt katmanlarından birine yerleştirilirler. Malzeme genellikle silikon veya silikon nitrat gibi dielektrik bir maddedir. Gerçekleştirilen deney ve simülasyonlar belirli bir miktar ışık tarafından malzemenin içine, parçacıkla alt katman arasında oluşan mesafeden dolayı yansıtıldıklarında, hava gömülen malzemeyi referans olarak kullanır. Bir miktar ışığın alt katmana ışıdığı ve alt katmanla olan mesafeden dolayı radyasyona uğradığı belirtmiştir. Bu nanoparçacıkların yüzeyde ışığı alt katmana ışıtmak için istenilen bir koşul olduğunun anlamına gelmektedir fakat eğer parçacık ile alt katman arasında herhangi bir mesafe yoksa, ışık yakalanmayacaktır ve daha fazla ışık kaçacaktır.
Yüzey plazmonları iletken elektronların metal arayüzünde ve dielektrikteki uyarımlarıdır. Metalik nanoparçacıklar ikili halde kullanılırlar ve serbest olarak yüzey dalgalarını yarıiletken ince film tabakasının içine doğru yayarlar. Işık soğurulmuş katmanın içinde katlanmış halde bulunur ve soğurmayı arttırmak amaçlarından birisidir. Bölgeselleşmiş yüzey plazmonları metalin içinde nanoparçacıkları ve yüzey plazmon kutuplaşmalarını metal arayüzünde ve yarıiletkenler şu anda devam eden araştırmanın ilgi alanlarındandır. Aktarılmış kağıtlarda, metalin nanoparçacıkların şeklinin ve boyutunun gereken verime karar vermek için anahtar faktör olduğu belirtilmektedir. Küçük parçacıklar daha fazla verime sahiptir çünkü yakın çevresinde yükseltgenmiş elektronlar mevcuttur. Buna rağmen, küçük parçacıklar büyük derece ohmik kayıptan mağdur durumdadırlar.
Metal Film
Işık metal film üzerinde bir etkiye sahiptir ve ışık yüzey plazmonlarını kararlı hale getirir. Yüzeydeki plazmonların frekansı malzemeden malzemeye göre değişir yani her malzeme farklı bir frekansa sahiptir. Buna rağmen, yüzeydeki filmin ızgaralarının kullanımından dolayı, farklı frekanslar elde edilmiştir. Yüzey plazmonları aynı zamanda frekans yönlendiricisi tarafından yüzeydeki plazmonların hareketini kolaylaştırmak için ve dirençten ve radyasyonun minimum olmasından dolayı korunmaktadırlar. Elektriksel alan yüzey plazmonları tarafından üretilmektedir ve elektron etkisinden dolayı alt maddeye doğru hareket etmektedirler.
Uygulamalar
Plazmonik güneş pili için yapılan uygulamaların bir sonu yoktur. Daha ucuz ve daha verimli güneş pili için gereken ihtiyaçlar çok fazladır. Güneş pillerinin maliyetini düşürmek amacıyla yapılan çalışmalarda araştırmacılar ihtiyaç duyduğu enerji, kömür petrol gibi bilinen enerji kaynaklarından daha azdır. Daha yeşil bir dünya için yapılan çalışmalar plazmonik güneş piliyle ilgili olan kıvılcım araştırmalarında yardımcı olmuştur. Son zamanlarda, güneş pilleri yüzde 30 verimin daha üstüne çıkamamaktadırlar. (İlk nesil). Yeni teknolojilerle birlikte (3. nesil) verimin yüzde 40-60 civarlarına çıkması beklenmektedir. İnce film teknolojisini malzemeler üzerinde azaltarak (2. nesil) , maliyetin daha da aşağı çekilmesi beklenmektedir.
Plazmonik güneş pili için yapılan son zamanlardaki uygulamalar uzay keşfinde kullanılacak araçların işlerini kolaylaştırmak için yapılmaktadır. Bunun için yapılan temel yatırım güneş pillerinin ağırlığını azaltmak olmalıdır. Dışarıdan katılan yakıt kaynağı eğer yeterli derecede güç varsa güneş pillerinde üretilmesi gerekli değildir. Bu da ağırlığın azaltılmasını şiddetli bir şekilde aşağı indirecektir.
Güneş pilleri kırsal kesimlerde elektrik sağlamak için yeterli bir potansiyele sahiptirler. Tahmini iki milyon civarında ekvator yakınlarında bulunan kasabalarda elektriğe ulaşmak kısıtlıdır ve ortalama olarak yüzde 20-25 bandında bir kısım insan dünya genelinde elektriğe erişememektedir. Enerji hatlarının gücü arttırıldığı zaman, kırsal kesimlerdeki elektrik daha fazla sağlanacaktır ve dizel jeneratörler güneş pilleriyle kıyaslamaya dahil edileceklerdir ve bu kıyaslamanın sonucunda birçok kez güneş pilleri üstün gelecektir.
Dünya genelinde elektriği sağlamak, son zamanlarda oluşturulan sorular göz ardı edilirse gerçekleşecektir. Kırsal topluluklar için geliştirilen özel uygulamalar su pompası sistemi, yerleşim yeri için elektrik tedariki ve sokak lambalarıdır. Uygulamalar için özel ilgi ise sağlık sistemlerinde gerçekleştirilmektedir ve bu gelişmeler genellikle motorlu araçların fazla olmadığı bölgelerde gerçekleştirilmektedirler. Güneş pilleri ilaçları soğuk hava deposunda taşıma amacıyla güç sağlamaktadırlar.
Güneş pilleri aynı zamanda evler, dubalar hatta savaş gemileri için okyanus içinde bile güç sağlamaktadırlar. Endüstriyel şirketler bu gücü iletişim sistemlerinde veya görüntüleme ve kontrol sistemlerinde iletişim hattı boyunca veya diğer sistemlerde kullanmaktadırlar.
Eğer güneş pilleri çok büyük bir derecede enerji üretselerdi ve maliyetleri daha az olsaydı, güç istasyonları elektriksel alanlara güç sağlamak amacıyla daha fazla güneş pili üretirlerdi. Güneş pillerinin boyutundaki azalmayla birlikte hem reklamsal hem de yerleşim binalarının yerini daha küçük ayak izleri alırdı. Bunların sonucu olarak da göz zevkini bozan şeyler ortadan kalkarlardı.
Diğer alanlar ise hibrit alanındadır. Güneş pilleri daha yüksek güç gerektiren cihazlara - örnek olarak otomobillere- fosil yakıt tüketimini azaltmak amacıyla kullanılırlardı ve dünyadaki çevresel etkilere de yardımcı olurlardı.
Elektrik tüketen cihazlarda, güneş pilleri daha düşük güçlü bataryalarla değiştirilmek için kullanılıyor. Bu da herkes için para tasarrufu anlamına gelirdi ve çöp alanlarına giden atığın miktarının azalmasına da yardımcı olurdu.
Son zamanlardaki yenilikler
Metal nanoparçacıkların seçimi
Plazmonik metal nanoparçacıkları için aktif katmanda en yüksek seviyede ışık soğurmak çok önemlidir. Ön yüzeyde bulunan nanoparçacıklar Ag ve Au en yaygın olarak yüzeylerinde bulunan plazmon rezonanslarının görünür bölge ışıklarına yerleştirilmesinden dolayı kullanılmaktadır. Bundan dolayı, güneş yoğunluğunun zirvesiyle daha fazla etkileşim halinde olurlar. Buna rağmen, soymetal nanoparçacıkları her zaman Si içinde indirgenmiş ışık tarafından kısa dalga boylarında zarar verici Fano etkisinden dolayı yüzey plazmonlarının altında kalmaktadırlar. Bu fano etkisine örnek verecek olursak yansıtılmış ve yansıtılmamış ışık arasında oluşan yıkıcı girişimler söylenebilir. Buna ek olarak, soy metal nanoparçacıkları geniş ölçüde güneş pilleri üretimi için yüksek maliyetlerinden dolayı ve az bulunmalarından dolayı zirveye ulaşmışlardır. Son zamanlarda, Zhang et al. dünyada az miktarda bulunan malzemelerin Al nanoparçacıklarında geniş kullanım göstermesi amacıyla Ag ve Au kullanmışlardır. Al nanoparçacıkları, yüzeylerindeki plazmon rezonansının UV bölgelerine yerleşmelerinden dolayı istenilen güneş spektrumunun altında bir menzilde - 300 nm- azaltılmaktan kaçınabilmektedirler ve daha fazla yenilik için kısa dalga boyu menzilinde fazladan düzenlemeler gerekmektedir.
Işığı tutması
Daha önceden de tartışıldığı üzere, ışığı plazmonik güneş pili boyunca yansıtmak amacı verimi arttırmaya yardımcı olacaktır. Son zamanlarda, Sandi Uluslararası Laboratuvarında yapılan araştırmaya göre fotonik dalga yönlendiricisi keşfedilmiştir ve bu ışığı uygun koşullarda toplayıp yapıların içine aktarmaktadırlar. Bu yapılar yüzde 95 oranında ışık içermektedirler ve yüzde 30 oranında normal dalga yönlendiricisinin olduğu ortama aktarılmaktadır. Aynı zamanda ışığı normal dalgaboylarıdan 10 kat daha fazla yüksek dalga boylarına sahip bir spektruma iletmektedir. Bu dalgaboyundaki cihaz seçilmiş olanları kafes enerjisinden dolayı oluşan yapıyı yakalamaktadır. Eğer bu yapı ışığı yakalamak amacıyla kullanılsaydı ve yapının içinde güneş pili soğurana kadar hapsetseydi, güneş pilinin verimliliği önemli bir ölçüde artardı.
Soğurma
Güneş pillerinde gerçekleşen bir diğer gelişme ise diğer metodları ışığın içinde hapsetmek amacıyla kullanılmasıdır. Araştırılan bir konu ise metal kabloların ışığı yansıtması amacıyla maddenin en üst seviyesinde kullanılmasıdır. Bu da güneş pilinin yüzeyindeki geniş alanı arttırarak ışığı yansıtmak ve soğurmak için işini kolayştırmaktadır. Işınları noktaların yerine kullanmanın tehlikeli bir yanı ise yansıtıcı yüzey oluşturarak ışığı sistemden dışarı atmasıdır. Bu güneş pilleri için istenilen bir durum değildir. Bu olay ince metal film yaklaşımı ile benzer bir olaydır ama o nanoparçacıkların yansıtma etkisini kolaylaştırmaktır.
Üçüncü nesil
Üçüncü nesilde ulaşılmak istenilen temel hedef güneş pillerindeki verimi 2. nesil güneş pillerini (ince film) kullanaraktan arttırmaktır ve dünya genelinde çokça bulunan malzemelerin daha da fazla kullanılmasıdır. By ince film güneş pillerinin de bir amacıdır. Güvenli bilinen malzemelerin kullanımıyla birlikte üçüncü nesil güneş pilleri maliyetini azaltmak için ağırlıklarında bir azaltmaya gitmişlerdir. İlk maliyetler üretim sürecini arttırmak için fazla tutulmuştu fakat daha sonra fiyatlarda azalma gözlemlenmiştir. 3. neslin takip ettiği yol güneş enerjilerindeki verimi daha geniş frekansta ışık soğurarak arttırmaktır. Son zamanlardaki ince film teknolojisi tek band boşluklu cihazlar kullanımından dolayı sınırlı hale getirmiştir.
Çoklu enerji seviyeleri
Güneş pilindeki çoklu enerji seviyesi için oluşturulan düşünce temel olarak ince film güneş pilleri birbiri üstünde bir yığın oluşturmaktadırlar. Her bir ince film güneş pili diğerlerinden farklı bir bant boşluğuna sahiptir ve bu bant boşluğu eğer güneş spektrumunu ilk pil tarafından soğurulmazsa, altta kalan güneş pili spektrumun bir parçasını soğuracaktır anlamına gelmektedir. Bunlar birbiri üzerine yığınlaşmışlardır ve gereken band boşluğu her bir pil için maksimum miktarda enerji üretmek amacı ise depolanma sebebidir. Pillerin birbirlerine nasıl bağlanmasının mümkün oluşuna dair seçenekler mümkündür, buna örnek olarak seri ve paralel bağlanma verilebilir. Seri olarak bağlanma güneş pilinin çıkışının iki kademe aşağıda olmasından istenilen düzeydedir.
Her bir ince film güneş pilindeki örgü yapısı birbirine benzer olmayı gerektirmektedir. Eğer bu durum sağlanmazsa kayıp yaşayacaklardır. Katmanları saklamak için kullanılan süreçler karmaşık bir yapıya sahiptir. Moleküler Işın Epitaksisini ve Metal Organik Buhar Fazı Epitaksisi içermektedirler. Şu anlarda görülen verim rekoru bu süreç sonucunda oluşmuştur fakat örgü yapılarıyla tam uygun bir eşleşme sağlayamamıştır. Bundan dolayı oluşan kayıp etkili değildir çünkü örgü yapılarındaki farklılıklar daha fazla uygun bant boşluğu malzemeleri için bu iki pile uygun ortam sağlamaktadır. Bu tür bir pilin %50 oranında daha fazla verim vermesi beklenmektedir.
Düşük kaliteli malzemeler daha düşük maliyetli depolama süreçleri için araştırmaya dahil olan diğer bir alandır. Bu cihazlar verimli değildir fakat fiyatları, boyut ve güçleri kombine edildiğinde bunları maliyet bakımından etkili kılmaktadır. Bu tür süreçler basite indirgendiğinden beri ve malzemeler hazır olarak bulunduğundan beri bu cihazların üretimi ekonomik sayılmaktadır.
Taşıyıcı piller
Güneş pilleriyle ilgili problem, yüksek enerji fotonlarının yüzeye çarpıp ısı üretmesiyle ilgilidir. Pil için olan bu durum kayıptır çünkü gelen fotonlar kullanılabilir enerjiye çevrilmemektedirler. Taşıyıcı pillerin arkasında yatan düşünce gelen enerjiyi ısıya dönüştürmeyi kolaylaştırmaktır. Eğer elektronlar ve delikler sıcakken toplandıklarında, pilden yüksek gerilim elde edilecektir. Bunu yapmayla alakalı olan problem toplana elektronlarla ve deliklerle oluşan etkileşimin soğuk bir malzeme üretmesidir. Şimdiye kadar, soğutulan pille kurulan bağlantıyı sağlamak teoriktir. Verimi arttırmak için gereken bir diğer yol ise ısı oluşumunu kullanaraktan elektronları ve delik çiftlerini kararlı hale getirmeyi sağlayan pil oluşturmaktır. Bu da küçük menzilli bir bant boşluğunu gerektirmektedir. Seçilen bağlantıyı kullanarak, düşük enerjili elektronlar ve delikler yüksek enerjiyi pil boyunca hareket etmesi için birine sağlarken kullanılmaktadırlar. Seçilen bağlantı çift katmanlı rezonans örneğinde de olduğu gibi tünel şeklinde bir yapı oluşturmaktadır. Fotonların saçılmasını sağlayan taşıyıcılar soğutulmuşlardır. Eğer malzeme geniş bir bant boşluğuna sahipse taşıyıcılar daha fazla ısı taşıyacaktır ve örgü yapılarında kayıp olarak gözlenmeyeceklerdir. Fotonlarında geniş bant boşluğuna sahip malzeme indiyum nitrattır. Sıcak taşıyıcı pilleri yapım aşamasındadır fakat deneysel alanda taşımaya doğru hareket etmektedirler.
Plazmonik-elektronil güneş pilleri
Tonlanabilir rezonansa sahip eşsiz durumlarda ve eşi benzeri görülmemiş yakın alanlardaki yenilikler plazmonu ışık yönetimi tekniği için yetkilendirmektedir. Son zamanlarda, ince-film güneş pillerindeki performans göze çarpar bir biçimde metalik nanoparçacıkları kullanaraktan geliştirilmiştir. Bu yenilikler genel olarak plasmonik-optiksel etkilerden dolayı ışığı engellemek için, soğurmak için ve yansıtmak için kullanılmaktadır.
Plazmonik-optiksel etkiler şunlardı : (1) Aktif maddelerdeki optiksel soğurmayı hızlandırmak; (2) Mekansal olarak ışık soğurmasını aktif katmanda lokalleşmiş yakın bölge yeniliklerini metalic nanoparçacıklar boyunca yeniden dağıtmaktır. Plazmonik-optiksel etkilerden hariç olarak, plazmonik olarak yenilenmiş rekombinasyonlar, taşıma, fototaşıyıcıları toplama (elektronlar ve delikler), gelecekte plazmonik elektriksel etkiler olarak isimlendirileceklerdir. Sha, etal gibi isimler önerilen isimler arasındadırlar. Cihazın performansını arttırmak amacıyla, genel bir tasarım kuralını düşünmüşlerdir. Herhangi bir elektronu uygun hale getirmek amacıyla hareketlilik oranını hesaplamak için fototaşıyıcıların taşıyacakları yollara karar vermek gerekiyordu. Tasarım kuralı elektronların boşluklara taşınması için gerekli uzunluk oranının elektronların boşluk oranıyla kıyaslanmasıyla sağlanacağını savunmaktadır. Bir diğer deyişle, elektronların ve deliklerin zamanla taşınması - ilk jenerasyon bölgesinden karşılığındaki elektrotlara- aynı zamanda gerçekleşmektedir. Genel tasarım kuralı mekansal olarak tekrar ışık soğurmasını aktif katman cihazlarında dağıtılmasıyla gerçekleştirilebilmektedir. ( plazmonik elektriksel etki ile birlikte). Ayrıca uzay yük limitini plazmonik elektriksel organik güneş pilinde durdurulacağının örneğini de vermiştir.
Ultra ince katmanlı plazmonik güneş pilleri
Silikon katmanını incelterek verim kaybını en aza indirmeyi sunan yaygın görüş trendi fiyat verimliliğini inceliğe dayanarak güneş pillerinde arttırmıştır. Son zamanlarda, Zhang et al. ışığın yakalanmasının gelişmiş bir şekilde uygun bir strateji ile birlikte nanaoparçacık mimarisinde, kalınlığını şiddetli bir biçimde 1/10 oranlarına indirmiştir ve indirilen oran 180 mikrometre üzerinden yapılmaktadır. Ayrıca herhangi bir güneş pili kullanmadan kayıp %18.2 oranındadır. Nanoparçacıklar ultra ince güneş pillerine %3 oranıyla birlikte şu anki incelikten %15.3 verimle birlikte soğurulan yeniliğin inceliğin faydasıyla birlikte kontrol gerilimi devresini arttırmaktadır.
Bu da %97 oranında malzemeyi sadece %15 civarında enerji kaybına kavuşturmaktadır. Bu sonuçlar geçerliliği yüksek enerjili ultra ince silikon pillerini plazmonik ışık yakalaması sayesinde örneklendirmektedir.