Site Sponsors
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD

There is 1 related live offer.

5% Off SEM, TEM, FIB or Dual Beam

3-D Series van Halfgeleider Nanopillars Verbeteren Zonnecellen in Optische Efficiency

Published on November 18, 2010 at 3:09 AM

Het Zonlicht vertegenwoordigt het schoonst, het groenst en ver en weg overvloedigst van alle energiebronnen, en toch blijft zijn potentieel woefully under-utilized.

De Hoge kosten zijn belangrijke deterrant op de toepassingen op grote schaal van op silicium-gebaseerde zonnecellen geweest. Nanopillars heeft - dicht ingepakte nanoscale series van optisch actieve halfgeleiders - potentieel voor het verstrekken van een volgende generatie van vrij goedkope en scalable zonnecellen getoond, maar door efficiencykwesties belemmerd. Het nanopillar verhaal, echter, heeft een nieuwe draai genomen en de toekomst voor deze materialen nu kijkt rooskleuriger dan ooit.

Op de linkerzijde is een schema van een germanium nanopillar serie ingebed in alumina membraan; op het recht zijn beelden de in dwarsdoorsnede van SEM van een leeg alumina membraan met dubbel-diameterporiën; het bijvoegsel toont germanium nanopillars na de groei.

„Door de vorm en de meetkunde van hoogst bevolen nanopillar series van germanium of cadmiumsulfide te stemmen, hebben wij de optische absorptieeigenschappen van onze nanopillars kunnen drastisch verbeteren,“ zegt Ali Javey, een chemicus die gezamenlijke benoemingen met het Nationale Laboratorium van Lawrence Berkeley (het Laboratorium van Berkeley) en de Universiteit van Californië (UC) in Berkeley houdt.

Javey, een faculteitswetenschapper met de Afdeling van de Wetenschappen van de Materialen van het Laboratorium van Berkeley en een professor van UC Berkeley van elektrotechniek en computerwetenschap, zijn bij het front van nanopillar onderzoek geweest. Hij en zijn groep waren de eerste om een techniek aan te tonen waardoor het cadmiumsulfide nanopillars in flexibele modules op grote schaal kan worden in massa geproduceerd. In dit recentste werk, konden zij produceren nanopillars die eveneens licht of zelfs beter dan commerciële thin-film zonnecellen absorberen, gebruikend veel minder halfgeleidermateriaal en zonder de behoefte aan anti-weerspiegelende deklaag.

„De breedband optische absorptieefficiency van onze nanopillars verbeteren wij een nieuwe dubbel-diameterstructuur die gebruikten een klein (60 nanometers) diameteruiteinde met minimale reflectiecoëfficiënt kenmerkt om meer licht toe te staan binnen, en een grote (130 nanometers) diameterbasis voor maximale absorptie om meer licht toe te laten om in elektriciteit worden omgezet,“ Javey zegt. „Deze dubbel-diameterstructuur absorbeerde 99 percent van inherent zichtbaar licht, in vergelijking met de 85 percenten absorptie door onze vroegere nanopillars, die de zelfde diameter langs hun volledige lengte.“ hadden

De Theoretische en experimentele werken hebben aangetoond dat 3-D series van halfgeleider nanopillars - met duidelijk omlijnde diameter, lengte en hoogte - bij het opsluiten licht terwijl het gebruiken van minder dan de helft van het halfgeleidermateriaal uitblinken dat voor thin-film zonnecellen wordt vereist die van samenstellingshalfgeleiders, zoals cadmiumtelluride, en over één-percenten van het materiaal worden gemaakt dat in zonnecellen wordt gebruikt die van bulksilicium worden gemaakt. Maar tot het werk die van Javey en zijn onderzoeksteam, waren dergelijke nanopillars een complexe en hinderlijke procedure vervaardigen.

Javey en zijn collega's vormden hun dubbele diameter nanopillars van vormen die zij in millimeter-dikke alumina 2.5 folie hebben gemaakt. Een anodization procédé werd in twee stappen gebruikt om tot een serie van één micrometer diepe poriën in de vorm met dubbele diameters te leiden - versmal bij hoogste en breed bij de bodem. De Gouden deeltjes werden toen gedeponeerd in de poriën om de groei van de halfgeleider te katalyseren nanopillars.

„Dit proces laat fijne controle over meetkunde toe en de vorm van de single-crystalline nanopillar series, zonder het gebruik van complexe epitaxial en/of lithografische processen,“ Javey zegt. „Bij een hoogte slechts twee microns, konden onze nanopillar series 99 percent van alle fotonen absorberen die zich in golflengten tussen 300 tot 900 nanometers, zonder het moeten uitstrekken zich op enige anti-weerspiegelende deklagen baseren.“

Het germanium nanopillars kan worden gestemd om infrarode fotonen voor hoogst gevoelige detectors te absorberen, en het cadmiumsulfide/het telluride nanopillars is ideaal voor zonnecellen. De vervaardigingstechniek is zo hoogst generisch, zegt Javey, zou het met talrijk andere halfgeleidermaterialen eveneens voor specifieke toepassingen kunnen worden gebruikt. Onlangs, toonden hij en zijn groep aan dat het gedeelte in dwarsdoorsnede nanopillar series ook kan worden gestemd om specifieke vormen - vierkant, rechthoek of cirkel te veronderstellen - eenvoudig door de vorm van het malplaatje te veranderen.

„Dit stelt nog een andere graad van controle in de optische absorptieeigenschappen van voor nanopillars,“ Javey zegt.

Bron: http://www.lbl.gov/

Last Update: 11. January 2012 19:28

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