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Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

為奈米柱的未來,現在看起來比以往任何時候都更明亮

Published on November 16, 2010 at 6:09 PM

陽光代表清潔,環保和遠遠地佔據了最豐富的能源,但其潛力仍嚴重利用不足。成本高主要deterrant一​​個基於矽的太陽能電池的大規模應用。

奈米柱 - 密密麻麻的光學活性半導體納米陣列 - 提供一個相對便宜,可擴展的太陽能電池的下一代的潛力,但效率問題已阻礙。奈米柱的故事,然而,已經採取了新的轉折和這些材料的未來,現在看起來比以往任何時候都更明亮。

在留下了原理圖嵌入在氧化鋁箔膜的鍺奈米柱陣列的權利,是一個空白的雙直徑孔氧化鋁膜截面SEM照片插圖顯示鍺奈米柱增長後。 (圖片阿里Javey提供)

“通過調整形狀和高度有序的鍺或硫化鎘奈米柱陣列的幾何形狀,我們已經能夠大幅提高我們的奈米柱的光吸收性能,說:”阿里Javey,誰擁有與聯合任命勞倫斯伯克利國家實驗室的化學家(伯克利實驗室)和加州大學(UC)伯克利分校。

Javey,與伯克利實驗室材料科學部和加州大學伯克利分校電氣工程和計算機科學的教授任教科學家,已經在奈米柱研究的前沿。他和他的研究小組首次證明一個技術由硫化鎘納米柱可在大規模生產大規模靈活的模塊。在這個最新的工作,他們能夠生產奈米柱吸收光線,以及甚至比商業的薄膜太陽能電池使用少得多的半導體材料,並沒有防反射塗層的需要更好。

“為了提高我們的奈米柱的寬帶光的吸收效率,我們使用一種新型的雙直徑結構,功能的小(60納米),直徑最小反射尖端,讓更多的光線,和大直徑(130納米)基地最大吸收,使更多的光轉化為電能,“Javey說。 “這雙直徑結構吸收入射可見光 99%,比我們先前的納米柱,沿其整個長度的直徑相同的吸收了85%。”

理論和實驗工作已經表明,3 - D數組半導體奈米柱 - 具有定義良好的直徑,長度和間距 - 誘捕光,而用不到一半的半導體材料,化合物半導體薄膜太陽能電池所需的Excel中,碲化鎘,約%的體矽太陽能電池所用的材料之一。但直到Javey和他的研究小組的工作,編造這樣的奈米柱是一個複雜和繁瑣的程序。

Javey和他的同事們從他們在2.5毫米厚的氧化鋁鋁箔製成的模具老式的雙直徑奈米柱。兩步陽極氧化過程是用來創建一個數組一微米毛孔深處在模具與雙直徑 - 狹窄在頂部和底部廣泛。金顆粒,然後存入毛孔催化半導體奈米柱增長。

“這個過程使超過單晶奈米柱陣列的幾何尺寸和形狀的精細控制,無需使用複雜的外延和/或平版印刷過程,”Javey說。 “在一個只有2微米的高度,我們的奈米柱陣列能夠吸收的所有光子的波長在300至900納米不等的99%,而不必依靠任何防反射塗層。”

鍺奈米柱可以調整高度敏感的探測器吸收紅外光子,硫化鎘 /碲化物納米柱是理想的太陽能電池。製造技術是如此的高度通用,Javey說,它可以用來與許多其他的半導體材料以及針對特定應用。最近,他和他的研究小組證明,奈米柱陣列的橫截面部分也可以進行調節,以承擔特定形狀 - 正方形,長方形或圓形 - 只需通過改變模板的形狀。

“這提供了又一光吸收性能的納米柱的控制程度,”Javey說。

Javey的雙直徑奈米柱的研究是通過國家科學基金會的集成納米機械系統(硬幣)的中心,並通過伯克利實驗室 LDRD資金部分資金。

一個文件,說明這項研究將出現在“納米通訊”雜誌上線的標題下“下令最大化光吸收雙直徑奈米柱陣列。”共同創作紙 Javey範致用,熱汗卡帕迪亞,保羅列伊,張曉波,俞覺倫,Kuniharu武井,Kyoungsik於,Arash的Jamshidi,Asghar拉索,丹尼爾 Ruebusch和明悟。

Last Update: 8. October 2011 03:33

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