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3-D Matrizes de nanopillars Semiconductor Enhance células solares em Eficiência Optical

Published on November 18, 2010 at 3:09 AM

A luz solar representa a mais limpa, mais verde e, de longe, mais abundante de todas as fontes de energia, e ainda o seu potencial permanece lamentavelmente subutilizado.

Custos elevados têm sido uma deterrant importante para as aplicações em larga escala de silício baseados em células solares. Nanopillars - densamente matrizes nanoescala de semicondutores opticamente ativas - têm mostrado potencial para fornecer uma nova geração de relativamente barato e escalável células solares, mas tem sido dificultado por questões de eficiência. A história nanopillar, no entanto, deu um novo toque eo futuro para estes materiais agora parece mais brilhante do que nunca.

À esquerda é um esquema de uma matriz de germânio nanopillar incorporados na membrana de alumina; à direita são imagens transversais SEM de uma membrana de alumina em branco com dual-diâmetro dos poros; nanopillars mostra inset germânio após o crescimento.

"Ao ajustar a forma e geometria de matrizes altamente ordenadas nanopillar de germânio ou de sulfeto de cádmio, temos sido capazes de aumentar drasticamente as propriedades de absorção óptica dos nossos nanopillars", diz Ali Javey, um químico que prende nomeações comum com o Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e da Universidade da Califórnia (UC) em Berkeley.

Javey, um cientista da faculdade com Laboratórios Berkeley Sciences Division e uma UC Berkeley professor de engenharia elétrica e ciência da computação, tem estado na vanguarda da nanopillar pesquisa. Ele e seu grupo foram os primeiros a demonstrar uma técnica pela qual nanopillars sulfeto de cádmio pode ser produzido em massa em grande escala módulos flexíveis. Neste último trabalho, eles foram capazes de produzir nanopillars que absorvem a luz tão bem ou até melhor do que comercial película fina de células solares, utilizando material semicondutor muito menos e sem a necessidade de revestimento anti-reflexivo.

"Para melhorar a banda larga a eficiência de absorção óptica dos nossos nanopillars foi utilizada uma estrutura dual de diâmetro romance que apresenta uma ponta de pequeno diâmetro (60 nanômetros) com refletância mínimo para permitir que mais luz, e uma base de grande diâmetro (130 nanômetros) para absorção máxima para permitir mais luz para ser convertido em eletricidade ", diz Javey. "Esta estrutura dual-diâmetro absorvido 99 por cento da luz visível incidente, em comparação com a absorção de 85 por cento pelos nossos nanopillars anterior, que tinha o mesmo diâmetro ao longo de toda a sua extensão."

Trabalhos teóricos e experimentais têm mostrado que o 3-D matrizes de nanopillars semicondutores - com bem definida de diâmetro, comprimento e altura - excel na captura de luz usando menos do que metade do material semicondutor necessários para película fina de células solares feitas de semicondutores compostos, tais como telureto de cádmio, e cerca de um por cento do material utilizado em células solares feitas de silício em massa. Mas até o trabalho de Javey e seu grupo de pesquisa, fabricação nanopillars tal era um procedimento complexo e pesado.

Javey e seus colegas fashioned sua nanopillars diâmetro duplo a partir de moldes eles fizeram em 2,5 folha de alumina milímetros de espessura. Um processo de anodização de duas etapas foi usado para criar uma matriz de um micrômetro de profundidade pores no molde com diâmetros dual - estreita no topo e largas na parte inferior. Partículas de ouro eram, então, depositado nos poros para catalisar o crescimento da nanopillars semicondutores.

"Esse processo permite um bom controle sobre a geometria ea forma de as matrizes single-cristalina nanopillar, sem o uso de complexos processos epitaxial e / ou litografia", diz Javey. "A uma altura de apenas dois microns, arrays nosso nanopillar foram capazes de absorver 99 por cento de todos os fótons que variam em comprimentos de onda entre 300 a 900 nanômetros, sem ter que confiar em qualquer revestimentos anti-reflexo."

O nanopillars germânio pode ser sintonizado para absorver os fótons infravermelhos para detectores altamente sensíveis, e os sulfeto de cádmio / telureto nanopillars são ideais para células solares. A técnica de fabricação é tão altamente genérico, Javey diz, ela poderia ser usada com vários outros materiais semicondutores, bem como para aplicações específicas. Recentemente, ele e seu grupo demonstraram que a porção transversal das matrizes nanopillar também pode ser ajustado para assumir formas específicas - quadrado retângulo ou círculo - simplesmente mudando a forma do modelo.

"Isto representa ainda outra medida de controle nas propriedades de absorção óptica de nanopillars", diz Javey.

Fonte: http://www.lbl.gov/

Last Update: 14. October 2011 12:20

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