Enkel, billig fremstillingsprocedure øger lysoptagelsesegenskaberne for små huller, der er skåret i siliciumskiver

Forøgelse af omkostningseffektiviteten af ​​fotovoltaiske enheder er afgørende for at gøre disse vedvarende energikilder konkurrencedygtige med traditionelle fossile brændstoffer. En mulighed er at bruge hybride solceller, der kombinerer silicium nanotråde med lave omkostninger, fotoresponsive polymerer. Nanotrådens høje overfladeareal og begrænsede natur gør det muligt for dem at fange betydelige mængder lys til solcelleoperationer. Desværre, disse tynde, nålelignende strukturer er meget skrøbelige og har en tendens til at hænge sammen, når ledningerne bliver for lange.

Nu, resultater af Xincai Wang fra A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology og kolleger fra Nanyang Technological University kunne vende bordet om silicium nanotråde ved at forbedre fremstillingen af ​​silicium 'nanohuller' - smalle hulrum udskåret i silicium wafers, der har forbedret mekanisk og evne til at høste lys.

Nanohuller er særligt effektive til at fange lys, fordi fotoner kan ricochet mange gange inde i disse åbninger, indtil absorption sker. Alligevel mangler der stadig en praktisk forståelse af, hvordan man fremstiller disse små strukturer. Et væsentligt problem, bemærker Wang, er kontrol af de indledende stadier af nanohuldannelse - en afgørende periode, der ofte kan inducere defekter i solcellen.

I stedet for traditionel tidskrævende litografi, forskerne identificerede en hurtig, 'maskless' tilgang til fremstilling af nanohuller ved hjælp af sølv -nanopartikler. Først, de afsatte et nanometertyndt lag sølv på en siliciumwafer, som de hærdede ved at udgløde den ved hjælp af en ultraviolet laser med hurtig udbrud. Omhyggelig optimering af denne procedure gav regelmæssige arrays af sølv nanosfærer på toppen af ​​siliciumoverfladen, med kuglestørrelse og fordeling styret af laserudglødningsbetingelserne.

Næste, nanosfære-siliciumkomplekset blev nedsænket i en opløsning af hydrogenperoxid og flussyre - en blanding, der æder siliciumatomer direkte under de katalytiske sølvnanosfærer. Efterfølgende fjernelse af sølvpartiklerne med syre producerede den endelige, nanohole-infunderet siliciumoverflade (se billede).

Teamet analyserede solcelleaktiviteten af ​​deres nanohole -grænseflader ved at belægge dem med en halvledende polymer og metalelektroder. Deres eksperimenter afslørede en bemærkelsesværdig afhængighed af nanohuldybde:hulrum dybere end en mikrometer viste skarpe fald i effektkonverteringseffektiviteten fra maksimalt 8,3 procent på grund af lysspredning fra ru overflader og højere seriemodstandseffekter.

"Vores enkle proces til fremstilling af hybride silicium -nanohole -enheder kan med succes reducere fabrikationsomkostningerne, der hindrer solcelleindustrien, "siger Wang." Desuden denne tilgang kan let overføres til silicium tynde film for at udvikle tyndfilm silicium-polymer hybrid solceller med endnu højere effektivitet. "