Med en enkel belægning, nanotråde viser en dramatisk stigning i effektivitet og følsomhed

Ved at påføre en belægning på individuelle silicium nanotråde, forskere fra Harvard og Berkeley har forbedret materialernes effektivitet og følsomhed betydeligt.

Fundene, udgivet den 20. maj, 2011, udgave af Nano bogstaver , tyder på, at de belagte ledninger holder løfte for fotodetektorer og energihøstteknologier som solceller.

På grund af et stort forhold mellem overflade og volumen, nanotråde lider typisk af en høj overfladerekombinationshastighed, hvilket betyder, at fotogenererede ladninger rekombinerer frem for at blive opsamlet ved terminalerne. Bærerlevetiden for en grundlæggende nanotråd er forkortet med fire til fem størrelsesordener, reducere materialets effektivitet i applikationer som solceller til nogle få procent.

"Nanotråde har potentialet til at tilbyde høj energiomdannelse til lave omkostninger, alligevel har deres begrænsede effektivitet holdt dem tilbage, " siger Kenneth Crozier, Lektor i elektroteknik ved Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).

Med deres seneste arbejde, Crozier og hans kolleger demonstrerede, hvad der kunne være lovende løsning. Lav præcisionsmålinger på enkelte nanotråde belagt med et amorft siliciumlag, holdet viste en dramatisk reduktion i overfladerekombinationen.

Overfladepassivering har længe været brugt til at fremme effektiviteten i siliciumchips. Indtil nu, overfladepassivering af nanotråde er blevet undersøgt langt mindre.

Oprettelsen af ​​belægningen, der passiverede nanotrådens overflader, var en lykkelig ulykke. Under forberedelsen af ​​et parti af single-crystal silicium nanotråde, forskerne formoder, de små guldpartikler, der blev brugt til at dyrke nanotråde, blev udtømte. Som resultat, de tror, den amorfe siliciumbelægning blev simpelthen afsat på de enkelte ledninger.

I stedet for at opgive partiet, Crozier og hans team besluttede at teste det. Scanning af fotostrøm undersøgelser indikerede, forbavsende, næsten hundrede gange reduktion i overfladerekombination. Samlet set, de coatede ledninger havde en 90-dobbelt stigning i lysfølsomhed sammenlignet med ubelagte.

Medforfatter Yaping Dan, en postdoc i Croziers laboratorium, der stod i spidsen for eksperimenterne, antyder, at årsagen til den øgede effektivitet er, at belægningen fysisk forlænger de brudte atombindinger ved den enkeltkrystallinske siliciumoverflade. På samme tid, belægningen kan også danne en højelektrisk potentialbarriere ved grænsefladen, som begrænser de fotogenererede ladningsbærere inde i det enkeltkrystallinske silicium.

"Så vidt vi ved, videnskabsmænd har ikke udført disse typer præcisionsmålinger af overfladepassivering på niveau med enkelte nanotråde, "siger Crozier." Simpelthen ved at lægge et tyndt lag amorft silicium på et krystallinsk silicium -nanotråd reducerer overfladerekombinationen næsten to størrelsesordener. Vi tror, ​​at arbejdet vil løse nogle af ulemperne ved nanotråde, men bevare deres fordele."

På grund af deres øgede transporttids levetid, forskerne forventer, at deres ledninger vil tilbyde en højere energiomstillingseffektivitet, når de bruges i solcelleenheder.