La luz del sol representa la zona más verde, limpia y con mucho, más abundante de todas las fuentes de energía, y sin embargo, su potencial sigue siendo muy infrautilizados. Los altos costos ha sido una de las principales escarmentar a las aplicaciones a gran escala de las células solares basadas en silicio. Nanopilares - densamente matrices nanoescala de semiconductores ópticamente activos - se han mostrado potencial para proporcionar una nueva generación de células solares relativamente baratas y escalables, pero se han visto obstaculizados por problemas de eficiencia. La historia nanopilares, sin embargo, ha tomado un nuevo giro y el futuro de estos materiales ahora se ve más brillante que nunca.
"Al ajustar la forma y la geometría de las matrices nanopilares altamente ordenada de germanio o de sulfuro de cadmio, que hemos sido capaces de mejorar drásticamente las propiedades de absorción óptica de nuestra nanopilares", dice Ali Javey, un químico que tiene citas conjuntas con el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) y la Universidad de California (UC) en Berkeley.
Javey, un científico de la facultad con los materiales del laboratorio de Berkeley División de Ciencias y profesor de la Universidad de Berkeley de la ingeniería eléctrica y ciencias de la computación, ha estado a la vanguardia de la investigación nanopilares. Él y su grupo fueron los primeros en demostrar una técnica mediante la cual nanopilares de sulfuro de cadmio puede ser producido en masa en módulos flexibles a gran escala. En este último trabajo, que fueron capaces de producir nanopilares que absorben la luz tan bien o incluso mejor que la comercial delgadas células solares de película, con mucho menos material semiconductor y sin necesidad de tratamiento anti-reflejo.
Artículo escrito por:
Lynn Yarris (510) 486-5375 lcyarris@lbl.gov
Ali Javey, un laboratorio de Berkeley UC-químico de Berkeley, ha estado a la vanguardia de la investigación nanopilares. (Foto por Kaltschmidt Roy, Relaciones Públicas Berkeley Lab)
"Para mejorar la eficiencia de banda ancha de absorción óptica de nuestra nanopilares se utilizó una novedosa estructura de doble diámetro que cuenta con una punta de pequeño diámetro (60 nanómetros), con un mínimo de reflexión para permitir que más luz, y una base de gran diámetro (130 nanómetros) para la máxima absorción para permitir que más luz se convierte en electricidad ", dice Javey. "Esta estructura de doble diámetro absorbe 99 por ciento de la luz visible incidente, en comparación con la absorción del 85 por ciento a los nanopilares anteriores, que tenían el mismo diámetro en toda su longitud."
Teóricas y trabajos experimentales han demostrado que las matrices 3-D de nanopilares semiconductores - con un diámetro bien definidos, la longitud y el tono - Excel para atrapar la luz mientras se usa menos de la mitad del material del semiconductor necesaria para thin-film de células solares hechas de semiconductores compuestos, como teluro de cadmio, y cerca de uno por ciento del material utilizado en las células solares hechas de silicio a granel. Pero hasta que el trabajo de Javey y su grupo de investigación, fabricación nanopilares como era un procedimiento complejo y engorroso.
Javey y sus colegas de moda su nanopilares diámetro doble de los moldes que hicieron en papel de aluminio 2.5 milímetros de espesor. Un proceso de anodización de dos pasos se utiliza para crear una matriz de un micrómetro de profundidad en los poros del molde con un diámetro de doble - estrecho en la parte superior y amplia en la parte inferior. Partículas de oro se deposita en los poros para catalizar el crecimiento de la nanopilares semiconductores.
"Este proceso permite un control preciso de la geometría y la forma de las matrices nanopilares solo cristalina, sin el uso de epitaxial complejos y / o procesos litográficos," Javey dice. "A una altura de sólo dos micras, nuestras matrices nanopilares fueron capaces de absorber el 99 por ciento de todos los fotones que van en longitudes de onda entre 300 y 900 nanómetros, sin tener que depender de ningún revestimiento anti-reflejo."
El nanopilares germanio puede ser sintonizado para absorber fotones infrarrojos de los detectores de alta sensibilidad, y el sulfuro de cadmio / nanopilares telururo son ideales para las células solares. La técnica de fabricación es tan sumamente genérica, Javey dice, podría ser utilizado con numerosos otros materiales semiconductores, así como para aplicaciones específicas. Recientemente, él y su grupo demostraron que la porción de la sección transversal de las matrices nanopilares también se puede ajustar a asumir formas específicas - cuadrado, rectángulo o un círculo - simplemente cambiando la forma de la plantilla.
"Esto representa otro grado de control en las propiedades de absorción óptica de nanopilares," Javey dice.
De doble diámetro Javey nanopilares de investigación fue financiada parcialmente a través de Centro de la Fundación Nacional de Ciencias de la Gestión Integrada de Sistemas nanomecánicos (COINS) ya través de Berkeley Lab fondos LDRD.
Un artículo que describe esta investigación aparece en línea en la revista Nano Letters bajo el título "Las matrices Ordenado de doble diámetro para nanopilares maximizado ópticos de absorción." Co-autor del papel con Javey se Zhiyong Ventilador, Kapadia Rehan, Pablo Leu, Zhang Xiaobo , Lun Chueh,-Kuniharu, Takei Kyoungsik, Yu Yu Arash Jamshidi, Rathore Asghar, Ruebusch Daniel y Wu Ming.
Berkeley Lab es un Departamento de Energía de EE.UU. laboratorio nacional ubicado en Berkeley, California. Lleva a cabo investigación científica sin clasificar para DOE Oficina de Ciencia y es administrado por la Universidad de California. Visite nuestro sitio Web enwww.lbl.gov
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