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Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy
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Le Contrat À Terme pour Nanopillars Semble Maintenant Plus Lumineux Que Jamais

Published on November 16, 2010 at 6:09 PM

La Lumière solaire représente le plus propre, le plus vert et de loin le plus abondant de toutes les sources d'énergie, mais son potentiel demeure affligeant peu employé. Les coûts Élevés ont été un commandant deterrant aux demandes de grande puissance des piles solaires silicium-basées.

Nanopillars - alignements en masse bourrés de nanoscale des semi-conducteurs optiquement actifs - ont affiché le potentiel pour fournir un prochain rétablissement des piles solaires relativement bon marché et évolutives, mais ont été entravés par des délivrances d'efficience. L'histoire nanopillar, cependant, a pris une torsion neuve et le contrat à terme pour ces matériaux semble maintenant plus lumineux que jamais.

Du Côté Gauche un schéma d'un alignement nanopillar de germanium inclus dans une membrane d'aile d'alumine ; du côté droit sont les images transversales de SEM d'une membrane blanc d'alumine avec des pores de double-diamètre ; la vignette affiche des nanopillars de germanium après accroissement. (Accueil d'Images d'Ali Javey)

« En ajustant la forme et la géométrie des alignements nanopillar fortement commandés de sulfure de germanium ou de cadmium, nous avons pu augmenter rigoureusement les propriétés d'absorption optique de nos nanopillars, » dit Ali Javey, un pharmacien qui retient des rendez-vous communs avec le Laboratoire National de Lawrence Berkeley (Laboratoire de Berkeley) et l'Université de Californie (UC) chez Berkeley.

Javey, un scientifique de corps enseignant avec la Division de Sciences Des Matériaux Du Laboratoire de Berkeley et un professeur d'Uc Berkeley de génie électrique et un de l'informatique, a été au premier rang de la recherche nanopillar. Lui et son groupe étaient le premier pour expliquer une technique par laquelle des nanopillars de sulfure de cadmium peuvent être fabriqués en série dans des modules flexibles de grande puissance. En Cela le dernier travail, ils pouvaient produire les nanopillars qui absorbent la lumière aussi bien ou même l'améliorent que les piles solaires en couche mince commerciales, en utilisant loin moins de matériau de semi-conducteur et sans besoin de couche anti-réfléchie.

« Pour augmenter l'efficience à bande large d'absorption optique de nos nanopillars nous avons utilisé une structure nouvelle de double-diamètre qui comporte une petite extrémité de diamètre (de 60 nanomètres) avec la réflectivité minimale pour laisser plus de lumière dedans, et une grande base de diamètre (de 130 nanomètres) pour que l'absorption maximale permette à plus de lumière d'être convertie en électricité, » Javey dit. « Cette structure de double-diamètre a absorbé 99 pour cent de la lumière visible d'incident, de comparé aux 85 pour cent d'absorption par nos nanopillars plus précoces, qui ont eu le même diamètre sur leur longueur entière. »

Les travaux Théoriques et expérimentaux ont prouvé que les choix à trois dimensions de nanopillars de semi-conducteur - avec le diamètre, la longueur et l'hauteur de son bien définis - excellent à la lumière de piégeage tout en en utilisant moins que la moitié du matériau de semi-conducteur ont exigé pour les piles solaires en couche mince ont effectué des semi-conducteurs composés, tels que le tellurure de cadmium, et au sujet des un-% de la matière employée en piles solaires effectuées à partir du silicium en vrac. Mais jusqu'aux travaux de Javey et de son organisme de recherche, la fabrication de tels nanopillars était une procédure complexe et encombrante.

Javey et ses collègues ont façonné leurs doubles nanopillars de diamètre des moulages qu'ils ont effectués dans l'aile mm-épaisse de l'alumine 2,5. Un procédé en deux étapes d'anodisation a été employé pour produire un alignement de pores profonds d'un micromètre dans le moulage avec de doubles diamètres - rétrécissez-vous au haut et grand au bas. Des particules d'Or ont été alors déposées dans les pores pour catalyser l'accroissement des nanopillars de semi-conducteur.

« Ce procédé active le contrôle fin de la géométrie et la forme du nanopillar mono-cristallin range, sans utilisation des procédés épitaxiaux et/ou lithographiques complexes, » Javey dit. « À une hauteur de seulement deux microns, nos alignements nanopillar pouvaient absorber 99 pour cent de tous les photons s'échelonnant dans les longueurs d'onde entre 300 à 900 nanomètres, sans devoir compter sur toutes les couches anti-réfléchies. »

Les nanopillars de germanium peuvent être ajustés pour absorber les photons infrarouges pour les détecteurs extrêmement sensibles, et les nanopillars de sulfure/tellurure de cadmium sont idéaux pour les piles solaires. La technique de fabrication est tellement hautement générique, Javey dit, il pourrait être aussi bien utilisée avec nombreux d'autres matériaux de semi-conducteur pour des applications particulières. Récent, lui et son groupe ont expliqué que la partie transversale des alignements nanopillar peut également être ajustée pour assumer des formes particulières - carré, rectangle ou cercle - simplement en changeant la forme du descripteur.

« Ceci présente encore un autre degré de contrôle dans les propriétés d'absorption optique des nanopillars, » Javey dit.

La recherche nanopillar du double-diamètre de Javey a été partiellement financée par le Centre du National Science Foundation des Systèmes Intégrés de Nanomechanical (COINS) et par des fonds du Laboratoire LDRD de Berkeley.

Un papier décrivant cette recherche apparaît en ligne dans les Lettres NANOES de tourillon sous le titre « Alignements Commandés du Double-Diamètre Nanopillars pour l'Absorption Optique Maximized. » Co-Écrivant le papier avec Javey étaient Ventilateur de Zhiyong, Rehan Kapadia, Paul Leu, Xiaobo Zhang, Yu-Lun Chueh, Kuniharu Takei, Kyoungsik Yu, Arash Jamshidi, Asghar Rathore, Daniel Ruebusch et Ming Wu.

Last Update: 11. January 2012 19:31

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