Nanotråde kan være en løsning til højtydende solceller

Små ledninger kunne hjælpe ingeniører med at realisere højtydende solceller og anden elektronik, ifølge forskere fra University of Illinois.

Forskningsgruppen, ledet af professor i el- og computerteknik Xiuling Li, udviklet en teknik til at integrere sammensatte halvleder -nanotråde på siliciumskiver, overvinde vigtige udfordringer i enhedsproduktion. Holdet offentliggjorde sine resultater i tidsskriftet Nano bogstaver .

Halvledere i gruppen III-V (udtales tre-fem) er lovende for enheder, der skifter lys til elektricitet og omvendt, såsom avancerede solceller eller lasere. Imidlertid, de integreres ikke problemfrit med silicium, hvilket er et problem, da silicium er den mest allestedsnærværende enhedsplatform. Hvert materiale har en bestemt afstand mellem atomerne i krystallen, kendt som gitterkonstanten.

"Den største udfordring har været, at III-V halvledere og silicium ikke har de samme gitterkonstanter, "Sagde Li." De kan ikke stables oven på hinanden på en ligetil måde uden at generere forskydninger, som kan betragtes som revner i atomskala. "

Når krystalgitterne ikke står i kø, der er en uoverensstemmelse mellem materialerne. Forskere lægger normalt III-V-materialer oven på siliciumskiver i en tynd film, der dækker skiven, men uoverensstemmelsen forårsager belastning og indfører defekter, forringe enhedens ydeevne.

I stedet for en tynd film, Illinois -holdet voksede et tætpakket udvalg af nanotråde, små tråde af III-V halvleder, der vokser lodret op fra siliciumpladen.

"Nanotrådsgeometrien giver meget mere frihed fra begrænsninger, der matcher gitter ved at sprede energien til mismatch-belastning til sidelæns gennem sidevæggene, "Sagde Li.

Forskerne fandt betingelser for at dyrke nanotråde af forskellige sammensætninger af III-V halvleder indium gallium arsenid. Deres metode har fordelene ved at bruge en fælles vækstteknik uden behov for særlige behandlinger eller mønstre på siliciumpladen eller de metalkatalysatorer, der ofte er nødvendige for sådanne reaktioner.

Nanotrådsgeometrien giver den ekstra fordel ved at forbedre solcellens ydeevne gennem større lysabsorbering og bæreropsamlingseffektivitet. Nanotrådsmetoden bruger også mindre materiale end tynde film, reducere omkostningerne.

"Dette arbejde repræsenterer den første rapport om ternære halvleder -nanotrådarrays dyrket på siliciumsubstrater, der virkelig er epitaksiale, kontrollerbar i størrelse og doping, højt formatforhold, ikke-konisk, og stort set indstillelig i energi til praktisk enhedsintegration, "sagde Li, der er tilknyttet mikro- og nanoteknologilaboratoriet, Frederick Seitz Materials Research Laboratory og Beckman Institute for Advanced Science and Technology ved U. af I.

Li mener, at nanotrådsmetoden kan anvendes bredt på andre halvledere, muliggøre andre applikationer, der er blevet afskrækket af problemer med mismatch. Næste, Li og hendes gruppe håber snart at demonstrere nanotrådbaserede multi-junction tandem solceller med høj kvalitet og effektivitet.