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半導体 Nanopillars の 3D アレイは光学効率の太陽電池を高めます

Published on November 18, 2010 at 3:09 AM

日光はすべてのエネルギー源の最もきれいの、緑および断然最も豊富表します、今までのところでは潜在性は悲惨に十分に利用されていなく残ります。

高い費用はずっとケイ素ベースの太陽電池の大規模なアプリケーションに deterrant 少佐です。 Nanopillars - 密に詰められた光学的に実行中の半導体の nanoscale のアレイ - は比較的安く、スケーラブル太陽電池の次世代を提供するための潜在性を示しましたが、効率問題によって妨げられました。 しかし nanopillar 物語は新しいねじれを取り、これらの材料のための未来は今明るく見ます。

左でアルミナの膜で埋め込まれるゲルマニウムの nanopillar アレイの設計図はあります; 権利で二重直径の気孔が付いているブランクアルミナの膜の横断面 SEM の画像はあります; 差込みは成長の後でゲルマニウムの nanopillars を示します。

「ゲルマニウムまたは硫化カドミウムの非常に発注された nanopillar アレイの形そして幾何学の調整によって、私達は徹底的に私達の nanopillars の光吸収の特性を高められました」アリ Javey、バークレーでローレンスバークレーの国立研究所 (バークレーの実験室) および (UC) カリフォルニア大学との共同任命を保持する化学者を言います。

バークレーの実験室の物質科学部そしてカリフォルニア州立大学バークレー校の電気工学部教授を持つ Javey、能力の科学者およびコンピュータ・サイエンスは nanopillar 研究の最前線に、ありました。 彼および彼のグループは硫化カドミウムの nanopillars が大規模で適用範囲が広いモジュールで大量生産することができる技術を示す第 1 でした。 これでは最新の作業、それらはライトをまた吸収したりまた更に商業薄膜の太陽電池よりよくする nanopillars を作り出せました、より少ない半導体材料をおよび反反射コーティングのための必要性なしでずっと使用します。

「私達の nanopillars の広帯域光吸収の効率を高めるために私達はより多くのライトを割り当てるために最小の反射率の小さい (60 ナノメーターの) 直径の先端を特色にするおよび電気に変換されることをより多くのライトが可能にする極大吸収のための大きい (130 ナノメーターの) 直径ベース」と新しい二重直径の構造を使用しました Javey は言います。 「この二重直径の構造全体の長さに沿う同じ直径が」。はあった私達のより早い nanopillars によって吸収 85% と比較された事件の可視ライトの 99 パーセントを吸収しました

理論的なおよび実験作業は半導体の nanopillars の 3D アレイが装飾ライトで化合物半導体の、カドミウムテルル化物のような、そしてバルクケイ素からなされる太陽電池で使用される材料の 1 パーセントについて薄膜の太陽電池のために - 明示されている直径、長さおよびピッチと - 半分のよりより少しを半導体材料使用している間必要となった作った勝ることを示しました。 しかし Javey および彼の研究グループの作業まで、そのような nanopillars を製造することは複雑で、扱いにくいプロシージャでした。

Javey および彼の同僚は 2.5 ミリメートル厚いアルミナホイルで作った型からの二重直径の nanopillars を作りました。 ツーステップの陽極酸化プロセスが二重直径と型で 1 マイクロメートルの深い気孔のアレイを作成するのに使用されました - 上で底で広い狭くすれば。 金の粒子は気孔にそれから半導体の nanopillars の成長に触媒作用を及ぼすために沈殿しました。

「このプロセス幾何学の良い制御を可能にし、単一結晶の nanopillar の形は配列します、複雑なエピタキシアルおよび/または石版プロセスの使用なしで」はと Javey は言います。 「2 ミクロンだけの高さに、私達の nanopillar アレイはできましたあらゆる反反射コーティングに頼らないで 300 から 900 ナノメーター間の波長で、及ぶすべての光子の 99 パーセントを吸収」。

ゲルマニウムの nanopillars は機密性が高い探知器のための赤外線光子を吸収するために調整することができ硫化カドミウム/テルル化物の nanopillars は太陽電池にとって理想的です。 製造の技術は特定のアプリケーションのために多数とそう非常に一般的、 Javey は言います、それ他の半導体材料また使用できますです。 最近特定の形 - 正方形、長方形または円 - を単に仮定するために nanopillar アレイの横断面の部分がまたテンプレートことをの形の変更によって調整することができることを、彼および彼のグループは示しました。

「これは nanopillars の光吸収の特性の制御の更に別のある程度を示します」と Javey は言います。

ソース: http://www.lbl.gov/

Last Update: 11. January 2012 18:32

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