Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Technical Sales Solutions - 5% off any SEM, TEM, FIB or Dual Beam
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

There is 1 related live offer.

5% Off SEM, TEM, FIB or Dual Beam

De toekomst voor de nanopillars ziet er nu helderder dan ooit

Published on November 16, 2010 at 6:09 PM

Zonlicht is de schoonste, groenste en veruit meest voorkomende van alle energiebronnen, en toch zijn potentieel blijft jammerlijk onderbenut. Hoge kosten zijn een belangrijke deterrant om de grootschalige toepassingen van silicium gebaseerde zonnecellen.

Nanopillars - dicht op elkaar gepakte nanoschaal arrays van optisch actieve halfgeleiders - hebben aangetoond mogelijkheden voor het verstrekken van een volgende generatie van relatief goedkope en schaalbare zonnecellen, maar werden gehinderd door efficiency vraagstukken. De nanopillar verhaal, echter, heeft een nieuwe wending en de toekomst voor deze materialen ziet er nu helderder dan ooit.

Aan de linkerkant een schema van een germanium nanopillar reeks ingebed in een aluminium folie membraan; aan de rechterkant zijn cross-sectionele SEM beelden van een blanco alumina membraan met dual-diameter van de poriën; inzet toont germanium nanopillars na groei. (Foto's met dank aan Ali Javey)

"Door het afstemmen van de vorm en de geometrie van sterk geordende nanopillar arrays van germanium of cadmium sulfide, moeten we in staat geweest om drastisch verbeteren van de optische absorptie-eigenschappen van onze nanopillars", zegt Ali Javey, een chemicus die gezamenlijke afspraken houdt met het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) en de Universiteit van Californië (UC) in Berkeley.

Javey, een faculteit wetenschapper met Berkeley Lab Materials Sciences Division en een UC Berkeley hoogleraar elektrotechniek en informatica, is in de voorhoede van nanopillar onderzoek. Hij en zijn groep waren de eerste om een ​​techniek waarbij cadmium sulfide nanopillars kan massa geproduceerd worden in grootschalige flexibele modules te tonen. In dit laatste werk, konden zij nanopillars die licht absorberen zo goed of zelfs beter dan commerciële dunne-film zonnecellen met behulp van veel minder halfgeleidermateriaal en zonder de noodzaak voor anti-reflecterende coating te produceren.

"Ter verhoging van de breed-band optische absorptie-efficiëntie van onze nanopillars gebruikten we een nieuwe dual-diameter structuur die een kleine (60 nanometer) diameter tip met minimale reflectie functies die het mogelijk meer licht in, en een grote (130 nanometer) diameter basis voor maximale absorptie in staat te stellen meer licht worden omgezet in elektriciteit, "zegt Javey. "Deze dual-diameter structuur geabsorbeerd 99-procent van de incidenten zichtbaar licht, in vergelijking met de 85 procent opname door onze eerdere nanopillars, die dezelfde diameter over de gehele lengte had."

Theoretische en experimentele werken hebben aangetoond dat 3-D arrays van halfgeleider-nanopillars - met goed gedefinieerde diameter, lengte en toonhoogte - blinken uit in het vangen van licht tijdens het gebruik minder dan de helft van de halfgeleider-materiaal dat nodig is voor dunne-film zonnecellen gemaakt van samengestelde halfgeleiders, zoals als cadmiumtelluride, en ongeveer een procent van het materiaal dat wordt gebruikt in zonnecellen gemaakt van bulk silicium. Maar tot het werk van Javey en zijn onderzoeksgroep, het fabriceren van een dergelijke nanopillars was een complexe en omslachtige procedure.

Javey en zijn collega's hun dubbele diameter nanopillars gemaakt uit mallen maakten ze in 2,5 millimeter dikke aluminium folie. Een twee-staps anodisatie proces werd gebruikt om een ​​array van een micrometer diep poriën in de mal met dubbele diameters te creëren - smal aan de bovenkant en breed aan de onderkant. Gouddeeltjes werden vervolgens afgezet in de poriën om de groei van de halfgeleider nanopillars katalyseren.

"Dit proces maakt fijne controle over geometrie en de vorm van de single-kristallijne nanopillar arrays, zonder het gebruik van complexe epitaxiale en / of lithografische processen," zegt Javey. "Op een hoogte van slechts twee micron, onze nanopillar arrays waren in staat om 99 procent van alle fotonen variërend in golflengten tussen 300 tot 900 nanometer, te absorberen zonder dat vertrouwen op een anti-reflecterende coatings."

De germanium nanopillars kan worden afgestemd op infrarode fotonen te absorberen voor zeer gevoelige detectoren, en het cadmium sulfide / telluride nanopillars zijn ideaal voor zonnecellen. De fabricage techniek is zo hoog generiek, Javey zegt, het kan gebruikt worden met tal van andere halfgeleidende materialen, alsmede voor specifieke toepassingen. Onlangs, hij en zijn groep lieten zien dat de cross-sectionele deel van de nanopillar arrays ook kan worden afgestemd op specifieke vormen aannemen - vierkant, rechthoek of cirkel - gewoon door het veranderen van de vorm van de sjabloon.

Last Update: 3. November 2011 22:53

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit