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las Matrices tridimensionales del Semiconductor Nanopillars Aumentan las Células Solares en Eficiencia Óptica

Published on November 18, 2010 at 3:09 AM

La Luz Del Sol representa el más limpio, más verde y con mucho la más abundante de todas las fuentes de energía, pero su potencial sigue siendo lamentablemente inutilizado.

Los Altos costos han sido un comandante deterrant a las aplicaciones en grande de células solares silicio-basadas. Nanopillars - matrices denso pila de discos del nanoscale de semiconductores ópticamente activos - ha mostrado el potencial para proporcionar a una generación siguiente de células solares relativamente baratas y escalables, pero ha sido obstaculizado por las ediciones de la eficiencia. La historia nanopillar, sin embargo, ha tomado una nueva torcedura y el futuro para estos materiales parece más brillante ahora que nunca.

A La Izquierda es un diagrama esquemático de un arsenal nanopillar del germanio embutido en membrana del alúmina; a la derecha son las imágenes seccionadas transversalmente de SEM de una membrana en blanco del alúmina con los poros del doble-diámetro; la inserción muestra nanopillars del germanio después de incremento.

“Sintonizando la dimensión de una variable y la geometría de matrices nanopillar altamente pedidas de sulfuro del germanio o de cadmio, hemos podido aumentar drástico las propiedades de la amortiguación óptica de nuestros nanopillars,” dice a Ali Javey, químico que lleve a cabo citas comunes con el Laboratorio Nacional de Lorenzo Berkeley (Laboratorio de Berkeley) y la Universidad de California (UC) en Berkeley.

Javey, un científico de la facultad con la División de las Ciencias Materiales del Laboratorio de Berkeley y un profesor de Uc Berkeley de la ingeniería eléctrica y un de informática, ha estado en la vanguardia de la investigación nanopillar. Él y su grupo eran el primer para demostrar una técnica por la cual los nanopillars del sulfuro de cadmio se pueden producir en masa en módulos flexibles en grande. En esto el último trabajo, podían producir los nanopillars que absorben la luz también o aún la mejoran que las células solares de la fino-película comercial, usando lejos menos material del semiconductor y sin la necesidad de la capa anti-reflexiva.

“Para aumentar la eficiencia de banda ancha de la amortiguación óptica de nuestros nanopillars utilizamos una estructura nueva del doble-diámetro que ofrece una pequeña punta del diámetro (de 60 nanómetros) con la reflexión mínima para permitir más luz hacia adentro, y una base grande del diámetro (de 130 nanómetros) para que la amortiguación máxima permita a más luz ser convertida en electricidad,” Javey dice. “Esta estructura del doble-diámetro absorbió el 99 por ciento de luz visible del incidente, comparado al 85 por ciento de amortiguación por nuestros nanopillars anteriores, que tenían el mismo diámetro a lo largo de su toda la longitud.”

Los trabajos Teóricos y experimentales han mostrado que las matrices tridimensionales de nanopillars del semiconductor - con el diámetro, la longitud y el tono bien definidos - sobresalen en la luz de la interceptación mientras que usan menos que mitad del material del semiconductor requirieron para la fino-película que las células solares hicieron de semiconductores compuestos, tales como telururo de cadmio, y sobre el uno-por ciento del material usado en las células solares hechas del silicio a granel. Pero hasta el trabajo de Javey y de su grupo de investigación, la fabricación de tales nanopillars era un procedimiento complejo e incómodo.

Javey y sus colegas formaron sus nanopillars dobles del diámetro de moldes que hicieron en hoja metálica milímetro-gruesa del alúmina 2,5. Un proceso de dos etapas de la anodización fue utilizado para crear un arsenal de poros profundos de un micrómetro en el molde con los diámetros dobles - estréchese en la parte superior y amplio en la parte inferior. Las partículas del Oro entonces fueron depositadas en los poros para catalizar el incremento de los nanopillars del semiconductor.

“Este proceso activa mando fino sobre geometría y la dimensión de una variable del nanopillar monocristalino pone en orden, sin el uso de procesos epitaxiales y/o litográficos complejos,” Javey dice. “En una altura de solamente dos micrones, nuestras matrices nanopillar podían absorber el 99 por ciento de todos los fotones que colocaban en longitudes de onda entre 300 a 900 nanómetros, sin tener que confiar en cualquier capa anti-reflexiva.”

Los nanopillars del germanio se pueden sintonizar para absorber los fotones infrarrojos para los detectores altamente sensibles, y los nanopillars del sulfuro/del telururo de cadmio son ideales para las células solares. La técnica de la fabricación es tan altamente genérica, Javey dice, él se podría utilizar con numeroso otros materiales del semiconductor también para las aplicaciones específicas. Recientemente, él y su grupo demostraron que la porción seccionada transversalmente de las matrices nanopillar se puede también sintonizar para asumir las dimensiones de una variable específicas - cuadrado, rectángulo o círculo - simple cambiando la dimensión de una variable del modelo.

“Esto presenta otro grado de mando en las propiedades de la amortiguación óptica de nanopillars,” Javey dice.

Fuente: http://www.lbl.gov/

Last Update: 11. January 2012 18:45

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