L'intrappolamento geometrico della luce è una strategia semplice e promettente per migliorare ampiamente l'assorbimento ottico e l'efficienza delle celle solari. Ciò nonostante, l'implementazione dell'intrappolamento geometrico della luce nel fotovoltaico organico (OPV) è impegnativa a causa del fatto che raramente è possibile ottenere uno strato attivo organico uniforme su un substrato strutturato. Il professor Zhiyong Fan e il suo gruppo dell'Università di scienza e tecnologia di Hong Kong (HKUST) hanno riferito di un nuovo concentratore ottico nanobowl fabbricato su un foglio di alluminio a basso costo e che mira ad affrontare questo problema. Hanno fabbricato con successo dispositivi OPV basati su tale concentratore ottico e hanno dimostrato un miglioramento di oltre il 28% nell'efficienza di conversione di potenza rispetto ai dispositivi senza nanobowl. Questo lavoro è stato pubblicato in Bollettino Scientifico .

L'energia solare è una delle risorse energetiche rinnovabili più promettenti e rappresenta un sostituto pulito e definitivo per i combustibili fossili in futuro. Negli ultimi decenni, enormi sforzi sono stati investiti nello sviluppo di dispositivi fotovoltaici efficienti ed economici che siano competitivi con il combustibile fossile. Il fotovoltaico organico (OPV) è stato considerato uno dei candidati promettenti per grandi raccolta di energia solare efficiente e a basso costo. I tipici dispositivi OPV sono fabbricati su un substrato di vetro e utilizzano come elettrodo ossido di stagno drogato con indio. Però, tale substrato non è flessibile e la resistenza relativamente elevata dell'elettrodo ITO compromette le prestazioni del dispositivo OPV. Comparativamente, un substrato in foglio di alluminio ha i vantaggi di un'eccellente conduttività, flessibilità, economicità e lavorabilità roll-to-roll. Nel frattempo, l'intrappolamento della luce mediante un substrato nanostrutturato è una strategia interessante per migliorare l'efficienza delle celle solari. Ciò nonostante, tale applicazione per OPV è stata finora dimostrata con successo. Ciò è in parte dovuto al requisito più rigoroso sull'uniformità dello spessore dello strato attivo per i dispositivi OPV e tale uniformità è difficile da garantire sulla nanostruttura con le tecniche di rivestimento esistenti.

Il nuovo concentratore ottico nanobowl sviluppato dal professor Zhiyong Fan può migliorare ampiamente l'assorbimento ottico nello strato attivo della cella solare organica e la simulazione ottica ha rivelato che tale miglioramento è stato contribuito dalla capacità di cattura dei fotoni superiore del nanobowl. Inoltre, hanno studiato l'effetto della geometria del nanobowl sulle prestazioni delle celle solari e di tre tipi di nanobowl con passo di 1000 nm, Sono stati studiati 1200 nm e 1500 nm. Le celle solari basate su nanobowl con passo di 1000 nm hanno mostrato il miglior assorbimento di fotoni nello strato fotoattivo portando alla più alta densità di corrente di cortocircuito di ~ 9,41 mA cm-2 tra tutti i substrati nanobowl. Con tensione a vuoto di 0,573 V e fattore di riempimento del 57,9 %, questa cella solare nanobowl ha raggiunto un'efficienza di conversione dell'energia solare del 3,12%, che è un miglioramento del 28% rispetto al dispositivo di controllo senza nanobowl. Questo lavoro non solo ha rivelato la comprensione approfondita dell'intrappolamento della luce da parte del concentratore ottico nanobowl, ma ha anche dimostrato la fattibilità di implementare l'intrappolamento geometrico della luce in ambienti a basso costo, OPV processabile in soluzione.

Lo sviluppo del nuovo concentratore ottico nanobowl e la sua applicazione su OPV sono stati uno sforzo collaborativo che ha coinvolto i professori del dipartimento di chimica dell'HKUST tra cui il professor Shihe Yang e il professor He (Henry) Yan, che stanno lavorando a ricerche all'avanguardia sul fotovoltaico organico. Il progetto di ricerca è stato sostenuto dai fondi di ricerca generali dell'Hong Kong Research Grants Council e dalla Hong Kong Innovation Technology Commission.