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Die Zukunft für Nanopillars Schaut Jetzt Heller Als Überhaupt

Published on November 16, 2010 at 6:09 PM

Sonnenlicht stellt das sauberste dar, das am grünsten und weit und weg am reichlichsten von allen Energiequellen, und doch bleibt sein Potenzial erbärmlich nicht vollständig ausgenutzt. Hohe Kosten sind ein Major gewesen, der zu den umfangreichen Anwendungen von Silikon-basierten Solarzellen deterrant ist.

Nanopillars - dicht gepackte nanoscale Reihen von optisch aktiven Halbleitern - haben Potenzial für die Lieferung einer nächsten Generation der verhältnismäßig billigen und ersteigbaren Solarzellen gezeigt, aber sind durch Leistungsfähigkeits-Punkte gehemmt worden. Die nanopillar Geschichte jedoch hat eine neue Torsion genommen und die Zukunft für diese Materialien schaut jetzt heller als überhaupt.

Auf dem links ein Diagramm einer nanopillar Reihe des Germaniums eingebettet in einer Tonerdefolienmembran; auf dem Recht sind Querschnitts-SEM-Bilder einer leeren Tonerdemembran mit Doppel-durchmesser Poren; Einfügung zeigt Germanium nanopillars nach Wachstum. (Bildhöflichkeit von Ali Javey)

„Durch die Justage der Form und der Geometrie von in hohem Grade bestellten nanopillar Reihen Germanium- oder Kadmiumsulfid, sind wir in der Lage gewesen, die Eigenschaften der optischen Absorption unserer nanopillars drastisch zu erhöhen,“ sagt Ali Javey, ein Chemiker, der gemeinsame Verabredungen mit dem Nationalen Laboratorium Lawrence Berkeley (Berkeley-Labor) und dem University of California (UC) bei Berkeley anhält.

Javey, ein Lehrkörperwissenschaftler mit die Material-Wissenschafts-Abteilung Berkeley-Labors und ein Uc- Berkeleyprofessor der Elektrotechnik und der Informatik, ist an der vordersten Reihe der nanopillar Forschung gewesen. Er und seine Gruppe waren der erste, zum einer Technik zu demonstrieren, durch die Kadmiumsulfid nanopillars in den umfangreichen flexiblen Blöcken in Serienfertigung hergestellt werden können. Diesbezüglich späteste Arbeit, waren sie in der Lage, nanopillars zu produzieren, die Leuchte auch absorbieren oder sogar mit weit weniger Halbleitermaterial und ohne den Bedarf an der anti-reflektierenden Beschichtung verbessern als Handelsdünnschichtsolarzellen.

„, die Breitbandleistungsfähigkeit der optischen Absorption unserer nanopillars zu erhöhen verwendeten wir eine neue Doppel-durchmesser Zelle, die eine kleine (60-nm-) Durchmesserspitze mit minimaler Reflexion kennzeichnet, um mehr Leuchte herein zu gewähren, und eine große (130-nm-) Durchmesserbasis, damit maximale Absorption mehr Leuchte aktiviert, in Strom konvertiert zu werden,“ sagt Javey. „Diese Doppel-durchmesser Zelle absorbierte 99 Prozent sichtbare Leuchte des Vorfalls, verglichen mit den 85 Prozent Absorption durch unsere früheren nanopillars, die hatten den gleichen Durchmesser entlang ihrer Gesamtlänge.“

Theoretische und experimentelle Arbeiten haben gezeigt, dass 3-D Reihen Halbleiter nanopillars - mit gut definiertem Durchmesser, Länge und Abstand - an der Abfangenleuchte übertreffen, bei der Anwendung kleiner als Hälfte Halbleitermaterial benötigten für Dünnschichtsolarzellen machten von den Verbindungshalbleitern, wie Kadmiumtellurid, und ungefähr einprozentig vom Material, das in den Solarzellen verwendet wird, die vom Massensilikon gemacht werden. Aber bis die Arbeit von Javey und von seiner Forschungsgruppe, solche nanopillars war zu fabrizieren eine komplexe und lästige Prozedur.

Javey und seine Kollegen arbeiteten ihre Doppeldurchmesser nanopillars von den Formen um, die sie in der mm-starken Folie der Tonerde 2,5 machten. Ein zweistufiger Anodisationsprozeß wurde verwendet, um eine Reihe tiefe Poren mit einen Mikrometern in der Form mit Doppeldurchmessern herzustellen - verengen Sie an der Oberseite und breit an der Unterseite. Goldpartikel wurden dann in die Poren abgegeben, um das Wachstum der Halbleiter nanopillars zu katalysieren.

„Dieser Prozess aktiviert Feinsteuerung über Geometrie und Form vom Monokristallnanopillar kleidet, ohne den Gebrauch von komplexen Epitaxial- und/oder lithographischen Prozessen,“ sagt Javey. „Auf einer Höhe von nur zwei Mikrons, waren unsere nanopillar Reihen in der Lage, 99 Prozent aller Photonen zu absorbieren, die in den Wellenlängen zwischen 300 bis 900 nm sich erstrecken, ohne zu müssen, auf alle anti-reflektierenden Beschichtungen zu bauen.“

Die Germanium nanopillars können justiert werden, um Infrarotphotonen für sehr empfindliche Detektoren zu absorbieren, und die Kadmiumsulfid/-tellurid nanopillars sind für Solarzellen ideal. Die Fälschungstechnik ist, sagt Javey, es könnte mit zahlreichem andere Halbleitermaterialien für spezifische Anwendungen auch verwendet werden so in hohem Grade generisch. Vor Kurzem zeigten er und seine Gruppe, dass der Querschnittsteil der nanopillar Reihen auch justiert werden kann, um spezifische Formen einfach anzunehmen - Quadrat, Rechteck oder Kreis - indem man die Form der Schablone ändert.

„Dieses stellt noch einen Grad Regelung in den Eigenschaften der optischen Absorption von nanopillars dar,“ sagt Javey.

Javeys Doppel-durchmesser nanopillar Forschung wurde teilweise durch die Mitte der National Science Foundation von Integrierten Nanomechanical-Anlagen und (COINS) durch Fonds Berkeley-Labor LDRD finanziert.

Ein Papier, das diese Forschung beschreibt, erscheint online in den Zapfen NANO-Schreiben unter dem Namen „Bestellte Reihen vom Doppel-Durchmesser Nanopillars für Maximized Optische Absorption.“ das Papier mit Javey Mit-Schreibend, waren Zhiyong-Ventilator, Rehan Kapadia, Paul-Leu, Xiaobo Zhang, Yu-Lun Chueh, Kuniharu Takei, Kyoungsik Yu, Arash Jamshidi, Asghar Rathore, Daniel Ruebusch und Ming Wu.

Last Update: 11. January 2012 19:33

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