211service.com
Nanopiller, der fanger mere lys
Et materiale med en ny nanostruktur udviklet af forskere ved University of California, Berkeley, kan føre til billigere solceller og lysdetektorer. Det absorberer lys lige så godt som kommercielle tyndfilmssolceller, men bruger meget mindre halvledermateriale.
Tyk og tynd: Et scanningselektronmikroskopbillede viser lysfangende germanium nanopillarer med dobbelt diameter.
Det nye materiale består af en række nanopiller, der er smalle i toppen og tykkere i bunden. De smalle toppe tillader lys at trænge ind i arrayet uden at reflektere. Den tykkere bund absorberer lys, så det kan omdannes til elektricitet. Designet absorberer 99 procent af synligt lys sammenlignet med de 85 procent, der absorberes af et tidligere design, hvor nanopillerne havde samme tykkelse langs hele deres længde. En almindelig flad film af materialet ville kun absorbere 15 procent af lyset.
Strukturer såsom nanotråde, mikrotråde og nanopiller er fremragende til at fange lys, hvilket reducerer mængden af halvledermateriale, der er nødvendig, siger Erik Garnett , en forsker ved Stanford University. Nanotråde og nanopiller bruger halvt til en tredjedel så meget af det halvledermateriale, der kræves af tyndfilmssolceller lavet af materialer som cadmiumtellurid, og så lidt som 1 procent af det materiale, der bruges i krystallinske siliciumceller, siger han. Disse strukturer gør det også lettere at udvinde ladning fra materialet. Samlet set kan disse forbedringer gøre solenergi billigere. At reducere materialeomkostningerne og samtidig opnå den samme mængde lysabsorption og dermed effektivitet er meget vigtigt for solceller, siger Shanhui fan , professor i elektroteknik ved Stanford.
Mange nanostrukturerede materialer har komplekse designs og kræver besværlige fremstillingsmetoder til at afsætte flere lag, siger Ali Javey , en professor i elektroteknik og datalogi ved UC Berkeley, som leder det nye arbejde, som er udgivet i tidsskriftet Nano bogstaver . Han siger, at teknikken til at dyrke nanopillerne er relativt enkel og billig.
Forskerne laver nanopiller to mikrometer høje med baser, der er 130 nanometer i diameter og spidser, der er 60 nanometer i diameter. De starter med at lave en form til porerne i en 2,5 millimeter tyk aluminiumsfolie. Først anodiserer de filmen for at skabe et arrangement af porer, der er 60 nanometer brede og en mikrometer dybe lange. De udsætter derefter folien for fosforsyre for at udvide porerne til 130 nanometer - jo længere folien er udsat for syren, jo bredere bliver porerne. Anodisering af filmen igen gør de eksisterende porer en mikrometer dybere, og denne ekstra længde har den oprindelige 60 nanometer diameter. Spormængder af guld aflejres derefter i disse porer som en katalysator for at dyrke krystaller af halvledermateriale - i dette tilfælde germanium, som er godt for fotodetektorer - inde i hver pore. Til sidst ætses noget af aluminiumet væk, hvilket efterlader en række germanium nanopiller indlejret i en aluminiumoxidmembran
Javey siger, at denne metode til at lave nanopøjler med varierende diametre og former er enkel sammenlignet med andre tilgange, som involverer en kompliceret lag-for-lag samling af materialer og komplekse materialer, der kombinerer ledninger med metal nanopartikler.
Garnett er enig i, at Javeys metode kunne være billig, men siger, at det stadig er for tidligt at vide, om metoden kan oversættes til en storstilet fremstillingsproces. Det mest spændende er beviset på, at nanostrukturering kan øge absorptionen dramatisk, siger han.
Ved at justere på arrangementet af søjlerne kunne det være muligt at lave materialer, der absorberer længere infrarøde bølgelængder af lys, hvilket ville være nyttigt til at lave effektive, billige infrarøde lysdetektorer. Siden indsendelse af Nano bogstaver papir, har forskerne også brugt teknikken til at lave nanopiller af cadmiumtellurid, et materiale, der er bedre egnet til solceller end germanium.