प्लसोनिक सौर सेल

एक प्लसोनिक-एन्हांस्ड सौर सेल एक प्रकार का सौर कोशिका है (पतली फिल्म, क्रिस्टलीय सिलिकॉन, असफ़ल सिलिकॉन और अन्य प्रकार की कोशिकाओं सहित) जो प्लास्मोन्स की सहायता से बिजली में प्रकाश को परिवर्तित करते हैं। मोटाई पारंपरिक सिलिकॉन पीवी से भिन्न होती है, 2 माइक्रोन से भी कम मोटी होती है और सैद्धांतिक रूप से 100 एनएम जितनी पतली हो सकती है। वे सब्सट्रेट्स का उपयोग कर सकते हैं जो सिलिकॉन, जैसे ग्लास, प्लास्टिक या स्टील से सस्ता हैं। पतली फिल्म सौर कोशिकाओं के लिए चुनौतियों में से एक यह है कि वे उतनी ही अवशोषित नहीं करते हैं जितना मोटा सौर कोशिकाएं उसी अवशोषण गुणांक के साथ सामग्री के साथ बनाई जाती हैं। पतली फिल्म सौर कोशिकाओं के लिए प्रकाश फँसाने के तरीके महत्वपूर्ण हैं। प्लसोनिक-एन्हांस्ड कोशिकाएं धातु की नैनो-कणों का उपयोग करके सतह को प्लसमोन अनुनाद में उत्तेजित करके प्रकाश बिखरने से अवशोषण में सुधार करती हैं। प्लसमोन अनुनाद आवृत्ति पर आने वाली रोशनी नैनोकणों की सतह पर इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन को प्रेरित करती है। ऑसीलेशन इलेक्ट्रॉनों को तब एक प्रवाहकीय परत द्वारा विद्युत प्रवाह का उत्पादन किया जा सकता है। उत्पादित वोल्टेज प्रवाहकीय परत के बैंडगैप और नैनोकणों के संपर्क में इलेक्ट्रोलाइट की क्षमता पर निर्भर है। तकनीक को प्लसोनिक-एन्हांस्ड सौर कोशिकाओं की पूर्ण क्षमता और व्यावसायीकरण तक पहुंचने में सक्षम बनाने के लिए अभी भी काफी अनुसंधान आवश्यक है।

इतिहास

उपकरण
वर्तमान में सौर कोशिकाओं की तीन अलग-अलग पीढ़ी हैं। पहली पीढ़ी (आज बाजार में जो लोग) क्रिस्टलीय अर्धचालक वेफर्स के साथ बनाई जाती हैं, क्रिस्टलीय सिलिकॉन “93% तक बाजार हिस्सेदारी और लगभग 75 जीडब्ल्यू 2016 में स्थापित” के साथ बनाई जाती है। वर्तमान सौर कोशिकाएं सतह पर पिरामिड बनाकर प्रकाश को फँसती हैं जिनमें अधिकांश पतली फिल्म सौर कोशिकाओं की तुलना में आयाम होते हैं। आने वाले तरंगदैर्ध्य के क्रम पर आयामों और शीर्ष पर एससी जमा करने के साथ सब्सट्रेट की सतह को मोटा (आमतौर पर सतह पर एसएनओ 2 या जेएनओ बढ़कर) का पता लगाया गया है। यह विधि फोटोक्रेंट को बढ़ाती है, लेकिन पतली फिल्म सौर कोशिकाओं में खराब सामग्री की गुणवत्ता होगी।

दूसरी पीढ़ी के सौर कोशिकाएं यहां प्रस्तुत पतली फिल्म प्रौद्योगिकियों पर आधारित हैं। ये सौर कोशिकाएं उपयोग की जाने वाली सामग्री की मात्रा को कम करने और साथ ही ऊर्जा उत्पादन में वृद्धि करने पर केंद्रित होती हैं। तीसरी पीढ़ी के सौर कोशिकाओं का वर्तमान में शोध किया जा रहा है। वे दूसरी पीढ़ी के सौर कोशिकाओं की लागत को कम करने पर ध्यान केंद्रित करते हैं। तीसरी पीढ़ी के एससी की हालिया प्रगति के तहत अधिक विस्तार से चर्चा की गई है।

डिज़ाइन
प्लसोनिक-एन्हांस्ड सौर कोशिकाओं के लिए डिज़ाइन सतह पर और सामग्री के माध्यम से प्रकाश को फँसाने और तितर-बितर करने के लिए उपयोग की जाने वाली विधि के आधार पर भिन्न होता है।

नैनोपार्टिकल कोशिकाएं
एक सामान्य डिजाइन सौर सेल की सतह की शीर्ष सतह पर धातु नैनो-कण जमा करना है। जब प्रकाश इन सतह नैनो-कणों को अपनी सतह प्लसमोन अनुनाद पर हिट करता है, तो प्रकाश कई अलग-अलग दिशाओं में बिखरा हुआ होता है।यह प्रकाश को सौर सेल के साथ यात्रा करने और सब्सट्रेट और नैनो-कणों के बीच उछाल की अनुमति देता है जिससे सौर कोशिका अधिक प्रकाश को अवशोषित कर सके। धातु नैनोकणों के स्थानीय सतह प्लसमोन द्वारा प्रेरित क्षेत्र तीव्रता के आसपास केंद्रित केंद्रित अर्धचालक के ऑप्टिकल अवशोषण को बढ़ावा देगा। हाल ही में, नैनो कणों के प्लाज्मोनिक असममित मोड ब्रॉडबैंड ऑप्टिकल अवशोषण का समर्थन करने और सौर कोशिकाओं के विद्युत गुणों को बढ़ावा देने के लिए पाए गए हैं। साथ ही नैनोकणों के प्लसमोन-ऑप्टिकल और प्लास्मन-विद्युत प्रभाव नैनोपार्टिकल प्लसमोन की एक आशाजनक विशेषता प्रकट करते हैं।

हाल ही में, कोर (धातु) -शेल (ढांकता हुआ) नैनोपार्टिकल ने सौर सेल के सामने सतह प्लसमोन स्थित होने पर सी सब्सट्रेट पर बढ़े हुए आगे बिखरने के साथ शून्य पिछड़ा बिखरने का प्रदर्शन किया है। कोर-शैल नैनोकणों में एक साथ बिजली और चुंबकीय अनुनाद दोनों का समर्थन कर सकते हैं, जब नारियल धातु नैनोकणों की तुलना में पूरी तरह से नए गुणों का प्रदर्शन किया जाता है, तो अनुनाद ठीक तरह से इंजीनियर होते हैं।

धातु फिल्म कोशिकाओं
सौर ऊर्जा की कटाई के लिए सतह प्लास्मोन्स का उपयोग करने के अन्य तरीकों उपलब्ध हैं। एक अन्य प्रकार की संरचना है सिलिकॉन की पतली फिल्म और निचली सतह पर जमा धातु की पतली परत। प्रकाश सिलिकॉन के माध्यम से यात्रा करेगा और सिलिकॉन और धातु के इंटरफ़ेस पर सतह प्लास्मोन्स उत्पन्न करेगा। यह सिलिकॉन के अंदर बिजली के क्षेत्र उत्पन्न करता है क्योंकि बिजली के क्षेत्र धातुओं में बहुत दूर यात्रा नहीं करते हैं। यदि विद्युत क्षेत्र पर्याप्त मजबूत है, तो इलेक्ट्रॉनों को एक फोटोकुरेंट बनाने के लिए स्थानांतरित और एकत्र किया जा सकता है। इस डिजाइन में धातु की पतली फिल्म में नैनोमीटर आकार के ग्रूव होना चाहिए जो सिलिकॉन पतली फिल्म में जितना संभव हो सके उतने फोटॉनों को उत्तेजित करने के लिए आने वाली रोशनी के लिए वेवगाइड के रूप में कार्य करता है।

सिद्धांतों

सामान्य
जब एक सौर सेल के सब्सट्रेट में एक फोटॉन उत्साहित होता है, तो इलेक्ट्रॉन और छेद अलग हो जाते हैं। एक बार इलेक्ट्रॉनों और छेद अलग हो जाने के बाद, वे विपरीत चार्ज होने के बाद से पुन: संयोजित करना चाहेंगे। यदि ऐसा होने से पहले इलेक्ट्रॉनों को एकत्र किया जा सकता है तो उन्हें बाहरी सर्किट के लिए वर्तमान के रूप में उपयोग किया जा सकता है। सौर कोशिका की मोटाई को डिजाइन करना हमेशा इस पुनर्मूल्यांकन (पतली परतों) को कम करने और अधिक फोटॉन (मोटा परत) को अवशोषित करने के बीच एक व्यापार-बंद होता है।

नैनो-कणों

बिखरने और अवशोषण
प्लसोनिक-एन्हांस्ड सौर कोशिकाओं के कामकाज के बुनियादी सिद्धांतों में धातु नैनो-कणों के जमाव के कारण प्रकाश की बिखरने और अवशोषण शामिल है। सिलिकॉन प्रकाश को बहुत अच्छी तरह से अवशोषित नहीं करता है। इस कारण से, अवशोषण को बढ़ाने के लिए सतह पर अधिक प्रकाश बिखरे जाने की जरूरत है। यह पाया गया है कि धातु नैनो-कण सिलिकॉन सब्सट्रेट की सतह पर आने वाली रोशनी को तितर-बितर करने में मदद करते हैं। बिखरने और प्रकाश के अवशोषण को नियंत्रित करने वाले समीकरणों को इस प्रकार दिखाया जा सकता है:

यह उन कणों के लिए प्रकाश की बिखरने को दिखाता है जिनमें प्रकाश के तरंगदैर्ध्य के नीचे व्यास होते हैं।

यह एक बिंदु डीपोल मॉडल के लिए अवशोषण दिखाता है।

यह कण की ध्रुवीयता है। वी कण मात्रा है।  कण का ढांकता हुआ कार्य है।  एम्बेडिंग माध्यम का ढांकता हुआ कार्य है। कब  कण की ध्रुवीयता बड़ी हो जाती है। यह ध्रुवीकरण मूल्य सतह प्लसमोन अनुनाद के रूप में जाना जाता है। कम अवशोषण वाले धातुओं के लिए ढांकता हुआ कार्य इस प्रकार परिभाषित किया जा सकता है:

पिछले समीकरण में, {\ displaystyle \ omega _ {p}} \ omega _ {p} थोक प्लाज्मा आवृत्ति है। इसे इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

एन मुक्त इलेक्ट्रॉनों का घनत्व है, ई इलेक्ट्रॉनिक चार्ज है और एम इलेक्ट्रॉन का प्रभावी द्रव्यमान है। मुक्त स्थान की ढांकता हुआ स्थिरांक है। मुक्त स्थान में सतह प्लसमोन अनुनाद के लिए समीकरण का प्रतिनिधित्व इस प्रकार किया जा सकता है:

एक उदाहरण के रूप में, एक चांदी के नैनोकणों के लिए सतह प्लसमोन अनुनाद पर, स्कैटरिंग क्रॉस-सेक्शन नैनोपार्टिकल के क्रॉस-सेक्शन के लगभग 10x है। नैनो-कणों का लक्ष्य एससी की सतह पर प्रकाश को फँसाना है।नैनोपार्टिकल के लिए प्रकाश का अवशोषण महत्वपूर्ण नहीं है, बल्कि एससी के लिए यह महत्वपूर्ण है। एक सोचता है कि अगर आकार में नैनोपार्टिकल बढ़ता है, तो बिखरने वाला क्रॉस-सेक्शन बड़ा हो जाता है। यह सच है, हालांकि, जब नैनोपार्टिकल के आकार की तुलना में, अनुपात ( ) कम किया गया है। एक बड़े बिखरने वाले क्रॉस सेक्शन वाले कणों में एक व्यापक प्लसमोन अनुनाद सीमा होती है।

तरंग दैर्ध्य निर्भरता
सतह प्लसमोन अनुनाद मुख्य रूप से कण में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की घनत्व पर निर्भर करता है। विभिन्न धातुओं के लिए इलेक्ट्रॉनों की घनत्व का क्रम अनुक्रम के अनुरूप प्रकाश के प्रकार के साथ नीचे दिखाया गया है।

एल्यूमिनियम – अल्ट्रा-बैंगनी
रजत – अल्ट्रा-बैंगनी
सोने – दृश्यमान
कॉपर – दृश्यमान
यदि एम्बेडिंग माध्यम के लिए ढांकता हुआ निरंतर भिन्न होता है, तो गूंज आवृत्ति को स्थानांतरित किया जा सकता है।अपवर्तन के उच्च सूचकांक लंबे तरंगदैर्ध्य आवृत्ति के लिए नेतृत्व करेंगे।

लाइट फँसाना
सब्सट्रेट और कणों के बीच प्रकाश को फँसाने के लिए धातु नैनो-कण सब्सट्रेट से दूरी पर जमा किए जाते हैं। कण सब्सट्रेट के शीर्ष पर एक सामग्री में एम्बेडेड होते हैं। सामग्री आम तौर पर सिलिकॉन या सिलिकॉन नाइट्राइड जैसे ढांकता हुआ होता है। कण और सब्सट्रेट के बीच की दूरी के कारण सब्सट्रेट में बिखरे हुए प्रकाश की मात्रा पर प्रयोग और अनुकरण करते समय, हवा को संदर्भ के रूप में एम्बेडिंग सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है। यह पाया गया है कि सब्सट्रेट में विकिरित प्रकाश की मात्रा सब्सट्रेट से दूरी के साथ घट जाती है। इसका मतलब है कि सतह पर नैनो-कण सब्सट्रेट में प्रकाश विकिरण के लिए वांछनीय हैं, लेकिन यदि कण और सब्सट्रेट के बीच कोई दूरी नहीं है, तो प्रकाश फंस नहीं जाता है और अधिक प्रकाश बच निकलता है।

सतह प्लास्मोन्स धातु और ढांकता हुआ इंटरफेस पर चालन इलेक्ट्रॉनों के उत्तेजना हैं। मेटालिक नैनो-कणों का इस्तेमाल अर्धचालक पतली फिल्म परत में विमान तरंगों को स्वतंत्र रूप से प्रचारित करने के लिए जोड़ा जा सकता है। अवशोषण को बढ़ाने के लिए प्रकाश को अवशोषित परत में तब्दील किया जा सकता है। धातु और अर्धचालक के इंटरफ़ेस पर धातु नैनो-कणों और सतह प्लसमोन पोलारिटोन में स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन्स वर्तमान शोध में रूचि रखते हैं। हाल ही में रिपोर्ट किए गए कागजात में, धातु नैनो-कणों का आकार और आकार incoupling दक्षता निर्धारित करने के लिए महत्वपूर्ण कारक हैं। बढ़ते निकट-क्षेत्र युग्मन के कारण छोटे कणों में बड़ी incoupling दक्षता है। हालांकि, बहुत छोटे कण बड़े ओमिक नुकसान से ग्रस्त हैं।

हाल ही में, नैनो कणों के प्लाज्मोनिक असममित मोड ब्रॉडबैंड ऑप्टिकल अवशोषण का समर्थन करने और सौर कोशिकाओं के विद्युत गुणों को बढ़ावा देने के लिए पाए गए हैं। साथ ही नैनोकणों के प्लसमोन-ऑप्टिकल और प्लास्मन-विद्युत प्रभाव नैनोपार्टिकल प्लसमोन की एक आशाजनक विशेषता प्रकट करते हैं।

धातु फिल्म
चूंकि धातु की धातु की सतह पर प्रकाश घटना है, यह सतह plasmons उत्तेजित करता है। सतह प्लसमोन आवृत्ति सामग्री के लिए विशिष्ट है, लेकिन फिल्म की सतह पर gratings के उपयोग के माध्यम से, विभिन्न आवृत्तियों को प्राप्त किया जा सकता है। सतह प्लास्मोन्स को वेवगाइड के उपयोग के माध्यम से भी संरक्षित किया जाता है क्योंकि वे सतह पर चढ़ने के लिए सतह प्लास्मोन्स को आसान बनाते हैं और प्रतिरोध और विकिरण के कारण नुकसान कम हो जाते हैं। सतह प्लास्मोन्स द्वारा उत्पन्न विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों को एकत्रित सब्सट्रेट की ओर यात्रा करने के लिए प्रभावित करता है।

सामग्री

अनुप्रयोगों
प्लसोनिक-एन्हांस्ड सौर कोशिकाओं के लिए अनुप्रयोग अंतहीन हैं। सस्ता और अधिक कुशल सौर कोशिकाओं की आवश्यकता बहुत बड़ी है। सौर कोशिकाओं को लागत प्रभावी माना जाने के लिए, उन्हें कोयले और गैसोलीन जैसे पारंपरिक बिजली स्रोतों की तुलना में छोटी कीमत के लिए ऊर्जा प्रदान करने की आवश्यकता है। एक और हरी दुनिया की ओर आंदोलन ने प्लसोनिक-एन्हांस्ड सौर कोशिकाओं के क्षेत्र में अनुसंधान को बढ़ावा देने में मदद की है। वर्तमान में, सौर कोशिकाएं लगभग 30% (पहली पीढ़ी) की क्षमता से अधिक नहीं हो सकती हैं। नई प्रौद्योगिकियों (तीसरी पीढ़ी) के साथ, 40-60% तक की क्षमता की उम्मीद की जा सकती है। पतली फिल्म प्रौद्योगिकी (द्वितीय पीढ़ी) के उपयोग के माध्यम से सामग्री में कमी के साथ, कीमतों को कम किया जा सकता है।

प्लसोनिक-एन्हांस्ड सौर कोशिकाओं के लिए कुछ अनुप्रयोग अंतरिक्ष अन्वेषण वाहनों के लिए होंगे। इसके लिए मुख्य योगदान सौर कोशिकाओं का कम वजन होगा। सौर कोशिकाओं से पर्याप्त बिजली उत्पन्न होने पर बाहरी ईंधन स्रोत की भी आवश्यकता नहीं होगी। इससे वजन कम करने में भी मदद मिलेगी।

सौर विद्युतीकरण ग्रामीण विद्युतीकरण में मदद करने के लिए एक बड़ी क्षमता है। भूमध्य रेखा के पास अनुमानित दो मिलियन गांवों में बिजली और जीवाश्म ईंधन तक सीमित पहुंच है और दुनिया के लगभग 25% लोगों को बिजली तक पहुंच नहीं है। जब बिजली ग्रिड को विस्तारित करने, ग्रामीण बिजली चलाने और डीजल जेनरेटर का उपयोग करने की लागत सौर कोशिकाओं की लागत से तुलना की जाती है, कई बार सौर कोशिकाएं जीतती हैं। यदि मौजूदा सौर सेल प्रौद्योगिकी की दक्षता और लागत और भी कम हो गई है, तो दुनिया भर के कई ग्रामीण समुदायों और गांव बिजली प्राप्त कर सकते हैं जब मौजूदा विधियां प्रश्न से बाहर हैं। ग्रामीण समुदायों के लिए विशिष्ट आवेदन जल पम्पिंग सिस्टम, आवासीय विद्युत आपूर्ति और सड़क रोशनी होगी। एक विशेष रूप से दिलचस्प आवेदन उन देशों में स्वास्थ्य प्रणालियों के लिए होगा जहां मोटर वाहन वाहन अत्यधिक प्रचुर मात्रा में नहीं हैं। परिवहन के दौरान कूलर में दवाओं को ठंडा करने की शक्ति प्रदान करने के लिए सौर कोशिकाओं का उपयोग किया जा सकता है।

सौर कोशिकाएं सागर में लाइटहाउस, बुवाई या यहां तक ​​कि युद्धपोतों को भी शक्ति प्रदान कर सकती हैं। औद्योगिक कंपनियां उन्हें दूरसंचार प्रणाली या पाइपलाइनों या अन्य प्रणाली के साथ सिस्टम की निगरानी और नियंत्रण प्रणाली का उपयोग कर सकती हैं।

यदि सौर कोशिकाओं को बड़े पैमाने पर उत्पादित किया जा सकता है और लागत प्रभावी हो सकती है तो विद्युत ग्रिड को बिजली प्रदान करने के लिए पूरे बिजली स्टेशनों का निर्माण किया जा सकता है। आकार में कमी के साथ, वे वाणिज्यिक और आवासीय भवनों दोनों पर बहुत छोटे पदचिह्न के साथ लागू किया जा सकता है। वे शायद एक नजरअंदाज की तरह लगते हैं।

अन्य क्षेत्र हाइब्रिड सिस्टम में हैं। सौर कोशिकाएं जीवाश्म ईंधन की मात्रा को कम करने और पृथ्वी की पर्यावरणीय परिस्थितियों में सुधार करने में मदद के लिए ऑटोमोबाइल जैसे उच्च उपभोग उपकरणों को बिजली देने में मदद कर सकती हैं।

उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरणों में, कम बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए बैटरी बदलने के लिए सौर कोशिकाओं का उपयोग किया जा सकता है। यह हर किसी को बहुत सारा पैसा बचाएगा और यह लैंडफिल में जाने वाली कचरे की मात्रा को कम करने में भी मदद करेगा।

हालिया प्रगति
प्लसोनिक धातु नैनो-कणों का विकल्प
सक्रिय परत में अधिकतम प्रकाश अवशोषण के लिए प्लास्मैटिक धातु नैनो-कणों की उचित पसंद महत्वपूर्ण है। फ्रंट सतह स्थित नैनो-कण एजी और एयू सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली सामग्री हैं जो उनकी सतह प्लसमोन अनुनाद दृश्यमान सीमा में स्थित हैं और इसलिए चोटी सौर तीव्रता के साथ अधिक दृढ़ता से बातचीत करते हैं। हालांकि, इस तरह के महान धातु नैनो-कण हमेशा हानिकारक फैनो प्रभाव के कारण सतह प्लसमोन अनुनाद के नीचे लघु तरंगदैर्ध्य पर सी में कम रोशनी युग्मन शुरू करते हैं, यानी बिखरे हुए और बेकार प्रकाश के बीच विनाशकारी हस्तक्षेप। इसके अलावा, महान धातु नैनो-कण पृथ्वी की परत में उनकी उच्च लागत और कमी के कारण बड़े पैमाने पर सौर सेल निर्माण के लिए लागू करने के लिए अव्यवहारिक हैं। हाल ही में, झांग एट अल। कम लागत और पृथ्वी प्रचुर मात्रा में सामग्री का प्रदर्शन किया है अल नैनो-कण व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले एजी और औ नैनो-कणों से बेहतर प्रदर्शन करने में सक्षम हैं। अल नैनो-कण, 300 एनएम पर वांछित सौर स्पेक्ट्रम किनारे के नीचे यूवी क्षेत्र में स्थित उनकी सतह प्लसमोन अनुनाद के साथ, कम तरंग दैर्ध्य सीमा में कमी और अतिरिक्त वृद्धि का परिचय दे सकते हैं।

नैनो-कणों का आकार पसंद करें
nanosphere
nanostar
कोर-शैल नैनोपार्टिकल
Nanodisk
nanocavity
Nanovoid
न्यूक्लेटेड नैनोपार्टिकल
Nanocage
लाइट फँसाना

जैसा कि पहले चर्चा की गई थी, प्लसोनिक-एन्हांस्ड सौर सेल की सतह पर प्रकाश को ध्यान में रखकर स्कैटर करने में सक्षम होने से क्षमता बढ़ाने में मदद मिलेगी। हाल ही में, सैंडिया नेशनल लेबोरेटरीज में शोध ने एक फोटोनिक वेवगाइड खोजा है जो एक निश्चित तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश एकत्र करता है और संरचना के भीतर जाल बनाता है। इस नई संरचना में 9 5% प्रकाश हो सकता है जो अन्य पारंपरिक तरंगों के लिए 30% की तुलना में प्रवेश करता है। यह प्रकाश को तरंगदैर्ध्य के भीतर भी निर्देशित कर सकता है जो परंपरागत वेवगाइड से दस गुना अधिक है। तरंगदैर्ध्य इस डिवाइस कैप्चर को जाली की संरचना को बदलकर चुना जा सकता है जिसमें संरचना शामिल है। यदि इस संरचना का उपयोग प्रकाश को फँसाने के लिए किया जाता है और इसे तब तक संरचना में रखा जाता है जब तक कि सौर कोशिका इसे अवशोषित नहीं कर लेती, सौर कोशिका की दक्षता नाटकीय रूप से बढ़ाई जा सकती है।

अवशोषण
प्लसोनिक-एन्हांस्ड सौर कोशिकाओं में एक और हालिया प्रगति प्रकाश के अवशोषण में सहायता के लिए अन्य विधियों का उपयोग कर रही है। शोध का एक तरीका प्रकाश को तितर-बितर करने के लिए सब्सट्रेट के शीर्ष पर धातु के तारों का उपयोग करना है। यह प्रकाश स्कैटरिंग और अवशोषण के लिए सौर सेल की सतह के बड़े क्षेत्र का उपयोग करके मदद करेगा। बिंदुओं के बजाय लाइनों का उपयोग करने में खतरा एक प्रतिबिंबित परत तैयार करेगा जो सिस्टम से प्रकाश को अस्वीकार कर देगा। यह सौर कोशिकाओं के लिए बहुत अवांछनीय है। यह पतली धातु फिल्म दृष्टिकोण के समान ही होगा, लेकिन यह नैनो-कणों के बिखरने वाले प्रभाव का भी उपयोग करता है। यू, एट अल। अल्ट्राथिन ए-सी सौर कोशिकाओं के अवशोषण को बढ़ाने के लिए, टोपोलॉजिकल इंसुलेटर नामक एक नई सामग्री का उपयोग किया जाता है।टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर नैनोस्ट्रक्चर में आंतरिक रूप से कोर-शेल कॉन्फ़िगरेशन है। कोर ढांकता हुआ है और ultrahigh अपवर्तक सूचकांक है। खोल धातु है और सतह प्लसमोन अनुनाद का समर्थन करता है। ए-सी पतली फिल्म सौर कोशिकाओं में नैनोकोन सरणी को एकीकृत करने के माध्यम से, पराबैंगनी और दृश्यमान श्रेणियों में प्रकाश अवशोषण के 15% तक वृद्धि की भविष्यवाणी की गई थी।

तीसरी पीढ़ी
तीसरी पीढ़ी के सौर कोशिकाओं का लक्ष्य दूसरी पीढ़ी के सौर कोशिकाओं (पतली फिल्म) और पृथ्वी पर प्रचुर मात्रा में पाए जाने वाले सामग्रियों का उपयोग करके दक्षता में वृद्धि करना है। यह पतली फिल्म सौर कोशिकाओं का भी लक्ष्य रहा है। सामान्य और सुरक्षित सामग्रियों के उपयोग के साथ, तीसरी पीढ़ी के सौर कोशिकाओं को बड़ी मात्रा में निर्मित किया जा सकता है ताकि लागत कम हो सके। विनिर्माण प्रक्रियाओं का उत्पादन करने के लिए प्रारंभिक लागत अधिक होगी, लेकिन इसके बाद उन्हें सस्ता होना चाहिए। जिस तरह से तीसरी पीढ़ी के सौर कोशिकाओं दक्षता में सुधार करने में सक्षम होंगे, आवृत्तियों की एक विस्तृत श्रृंखला को अवशोषित करना है। एकल बैंड अंतराल उपकरणों के उपयोग के कारण वर्तमान पतली फिल्म प्रौद्योगिकी एक आवृत्ति तक ही सीमित है।

कई ऊर्जा स्तर
कई ऊर्जा स्तर सौर कोशिकाओं के लिए विचार मूल रूप से एक दूसरे के शीर्ष पर पतली फिल्म सौर कोशिकाओं को ढेर करना है। प्रत्येक पतली फिल्म सौर सेल में एक अलग बैंड अंतर होता है जिसका अर्थ है कि अगर सौर स्पेक्ट्रम का हिस्सा पहले सेल द्वारा अवशोषित नहीं किया गया था तो नीचे वाला एक स्पेक्ट्रम का हिस्सा अवशोषित करने में सक्षम होगा। इन्हें ढेर किया जा सकता है और अधिकतम मात्रा में बिजली का उत्पादन करने के लिए प्रत्येक सेल के लिए इष्टतम बैंड अंतर का उपयोग किया जा सकता है। प्रत्येक सेल कनेक्ट होने के तरीके के लिए विकल्प उपलब्ध हैं, जैसे सीरियल या समांतर।धारावाहिक कनेक्शन वांछित है क्योंकि सौर सेल का उत्पादन केवल दो लीड होगा।

प्रत्येक पतली फिल्म कोशिकाओं में जाली संरचना एक जैसी होनी चाहिए। यदि ऐसा नहीं है तो नुकसान होगा। परतों को जमा करने के लिए उपयोग की जाने वाली प्रक्रियाएं जटिल हैं। इनमें आण्विक बीम एपिटैक्सी और धातु कार्बनिक वाष्प चरण एपिटैक्सी शामिल हैं। वर्तमान दक्षता रिकॉर्ड इस प्रक्रिया के साथ बनाया गया है लेकिन सटीक मिलान जाली स्थिरांक नहीं है। इसके कारण होने वाले नुकसान प्रभावी नहीं हैं क्योंकि लैटिस में अंतर पहले दो कोशिकाओं के लिए अधिक इष्टतम बैंड अंतर सामग्री के लिए अनुमति देता है। इस प्रकार का सेल 50% कुशल होने में सक्षम होने की उम्मीद है।

सस्ती जमावट प्रक्रियाओं का उपयोग करने वाली निम्न गुणवत्ता वाली सामग्री का भी शोध किया जा रहा है। ये उपकरण उतने कुशल नहीं हैं, लेकिन कीमत, आकार और शक्ति संयुक्त रूप से उन्हें लागत प्रभावी होने की अनुमति देती है। चूंकि प्रक्रियाएं सरल होती हैं और सामग्री अधिक आसानी से उपलब्ध होती है, इसलिए इन उपकरणों का बड़े पैमाने पर उत्पादन अधिक किफायती है।

गर्म वाहक कोशिकाओं
सौर कोशिकाओं के साथ एक समस्या यह है कि सतह पर मारा जाने वाला उच्च ऊर्जा फोटोन गर्मी में परिवर्तित हो जाता है। यह सेल के लिए एक नुकसान है क्योंकि आने वाले फोटोन उपयोग योग्य ऊर्जा में परिवर्तित नहीं होते हैं। गर्म वाहक सेल के पीछे विचार उस आने वाली ऊर्जा का उपयोग करना है जो गर्मी में परिवर्तित हो जाता है। यदि गर्म होने पर इलेक्ट्रॉन और छेद एकत्र किए जा सकते हैं, तो सेल से उच्च वोल्टेज प्राप्त किया जा सकता है। ऐसा करने में समस्या यह है कि इलेक्ट्रॉन और छेद इकट्ठा करने वाले संपर्क सामग्री को ठंडा करेंगे। इस प्रकार, संपर्क को सेल को ठंडा करने से रोकना सैद्धांतिक रहा है। उत्पन्न गर्मी का उपयोग कर सौर सेल की दक्षता में सुधार करने का एक और तरीका एक सेल होना है जो कम ऊर्जा फोटॉन को इलेक्ट्रॉन और छेद जोड़ों को उत्तेजित करने की अनुमति देता है। इसके लिए एक छोटा बैंडगैप की आवश्यकता है। एक चुनिंदा संपर्क का उपयोग करके, उच्च ऊर्जा वाले लोगों को सेल के माध्यम से आगे बढ़ने की अनुमति देते हुए निचले ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों और छेद एकत्र किए जा सकते हैं। चुनिंदा संपर्क डबल बाधा अनुनाद सुरंग संरचना का उपयोग करके किए जाते हैं। वाहक ठंडा होते हैं जो वे फोनोन के साथ बिखरे हुए होते हैं। यदि फोनन के बड़े बैंडगैप वाली सामग्री तो वाहक संपर्क में गर्मी अधिक ले जाएंगे और यह जाली संरचना में खो जाएगा नहीं। एक सामग्री जिसमें फोनन का एक बड़ा बैंडगैप है, वह इंडियम नाइट्राइड है। गर्म वाहक कोशिकाएं अपने बचपन में हैं लेकिन प्रयोगात्मक चरण की ओर बढ़ने लगती हैं।

प्लाज्मोनिक-विद्युत सौर कोशिकाओं
ट्यूनेबल अनुनादों और अभूतपूर्व पास-फील्ड एन्हांसमेंट की अनूठी विशेषताओं के साथ, प्लसमोन प्रकाश प्रबंधन के लिए एक सक्षम तकनीक है। हाल ही में, धात्विक फिल्म सौर कोशिकाओं के प्रदर्शनों को धातु नैनोस्ट्रक्चर पेश करके स्पष्ट रूप से सुधार किया गया है। सुधार मुख्य रूप से प्रकाश प्रसार, अवशोषण, और बिखरने में हेरफेर करने के लिए प्लसोनिक-ऑप्टिकल प्रभावों के लिए जिम्मेदार होते हैं। प्लाज्मोनिक ऑप्टिकल प्रभाव: (1) सक्रिय सामग्री के ऑप्टिकल अवशोषण को बढ़ावा देना; (2) धातु नैनोस्ट्रक्चर के आसपास स्थानीयकृत पास-फील्ड एन्हांसमेंट के कारण सक्रिय परत पर प्रकाश अवशोषण को स्थानिक रूप से फिर से वितरित करें। प्लसोनिक-ऑप्टिकल प्रभावों को छोड़कर, प्लसोनिक रूप से संशोधित पुनर्मूल्यांकन, परिवहन और फोटोकैरियर्स (इलेक्ट्रॉनों और छेद) के संग्रह के प्रभाव, इसके बाद प्लसोनिक-विद्युत प्रभावों का नाम शा, इटाल द्वारा प्रस्तावित किया गया है। डिवाइस के प्रदर्शन को बढ़ावा देने के लिए, उन्होंने फोटोकैरियर्स के परिवहन मार्गों का निर्णय लेने के लिए, गतिशीलता अनुपात को छेदने के लिए मनमाना इलेक्ट्रॉन के अनुरूप एक सामान्य डिजाइन नियम की कल्पना की। डिजाइन नियम से पता चलता है कि छेद परिवहन लंबाई अनुपात के इलेक्ट्रॉन को छेद गतिशीलता अनुपात के लिए इलेक्ट्रॉन के साथ संतुलित किया जाना चाहिए। दूसरे शब्दों में, इलेक्ट्रॉनों और छेदों का परिवहन समय (प्रारंभिक पीढ़ी की साइटों से संबंधित इलेक्ट्रोड तक) समान होना चाहिए।सामान्य डिजाइन नियम को उपकरणों की सक्रिय परत (प्लाज्मोनिक-विद्युत प्रभाव के साथ) पर प्रकाश अवशोषण को स्थानिक रूप से पुनर्वितरण द्वारा महसूस किया जा सकता है। उन्होंने प्लसोनिक-इलेक्ट्रिकल कार्बनिक सौर सेल में स्पेस चार्ज सीमा को तोड़ने का भी प्रदर्शन किया। हाल ही में, नैनो कणों के प्लाज्मोनिक असममित मोड ब्रॉडबैंड ऑप्टिकल अवशोषण का समर्थन करने और सौर कोशिकाओं के विद्युत गुणों को बढ़ावा देने के लिए पाए गए हैं। साथ ही नैनोकणों के प्लसमोन-ऑप्टिकल और प्लास्मन-विद्युत प्रभाव नैनोपार्टिकल प्लसमोन की एक आशाजनक विशेषता प्रकट करते हैं।

अल्ट्रा-पतली प्लसोनिक वेफर सौर कोशिकाएं
कम से कम दक्षता हानि पर सिलिकॉन वेफर मोटाई को कम करने से वेफर-आधारित सौर कोशिकाओं की लागत-प्रभावशीलता में वृद्धि में मुख्यधारा की प्रवृत्ति का प्रतिनिधित्व होता है। हाल ही में, झांग एट अल। ने दिखाया है कि, एक उन्नत ढंग से डिज़ाइन किए गए नैनो-कण आर्किटेक्चर के साथ उन्नत प्रकाश फँसाने की रणनीति का उपयोग करके, वेफर मोटाई 18.2% पर किसी सौर सेल दक्षता हानि के बिना वर्तमान मोटाई (180 माइक्रोन) के लगभग 1/10 तक नाटकीय रूप से कम हो सकती है। वर्तमान वेफर मोटाई के केवल 3% के साथ नैनो-कण एकीकृत अल्ट्रा-पतली सौर कोशिकाएं पतली वेफर प्रेरित खुली सर्किट वोल्टेज वृद्धि के लाभ के साथ अवशोषण वृद्धि को जोड़कर 15.3% दक्षता प्राप्त कर सकती हैं। यह केवल 15% सापेक्ष दक्षता हानि के साथ एक 97% सामग्री बचत का प्रतिनिधित्व करता है। ये परिणाम प्लसोनिक लाइट फ्लाईपिंग के साथ उच्च दक्षता वाले अल्ट्रा-पतली सिलिकॉन वेफर कोशिकाओं को प्राप्त करने की व्यवहार्यता और संभावना का प्रदर्शन करते हैं।