211service.com
Nanopilary, które zatrzymują więcej światła
Materiał o nowatorskiej nanostrukturze opracowany przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley może doprowadzić do powstania tańszych ogniw słonecznych i detektorów światła. Pochłania światło tak samo dobrze jak komercyjne cienkowarstwowe ogniwa słoneczne, ale wykorzystuje znacznie mniej materiału półprzewodnikowego.
Gruby i cienki: Obraz ze skaningowego mikroskopu elektronowego przedstawia chwytające światło nanopilary germanowe o podwójnej średnicy.
Nowy materiał składa się z szeregu nanofilarów, które są wąskie u góry i grubsze u dołu. Wąskie wierzchołki pozwalają światłu przenikać przez tablicę bez odbijania się. Grubsze dno pochłania światło, dzięki czemu można je zamienić na energię elektryczną. Konstrukcja pochłania 99 procent światła widzialnego, w porównaniu z 85 procentami pochłanianymi przez wcześniejszy projekt, w którym nanofilary miały taką samą grubość na całej swojej długości. Zwykła płaska folia materiału zaabsorbowałaby tylko 15 procent światła.
Struktury takie jak nanodruty, mikrodruty i nanofilary doskonale wychwytują światło, zmniejszając ilość potrzebnego materiału półprzewodnikowego, mówi Erik Garnett , pracownik naukowy na Uniwersytecie Stanforda. Mówi, że nanodruty i nanopilary zużywają od połowy do jednej trzeciej materiału półprzewodnikowego wymaganego przez cienkowarstwowe ogniwa słoneczne wykonane z materiałów takich jak tellur kadmu i zaledwie 1 procent materiału używanego w krystalicznych ogniwach krzemowych. Struktury te ułatwiają również wydobywanie ładunku z materiału. Ogólnie rzecz biorąc, te ulepszenia mogą sprawić, że energia słoneczna będzie tańsza. Zmniejszenie kosztów materiałów przy jednoczesnym osiągnięciu takiej samej absorpcji światła, a tym samym wydajności, jest bardzo ważne w przypadku ogniw słonecznych, mówi Fani Shanhui , profesor elektrotechniki na Stanford.
Wiele materiałów nanostrukturalnych ma złożone konstrukcje i wymaga niewygodnych metod wytwarzania w celu osadzania wielu warstw, mówi Ali Javey , profesor elektrotechniki i informatyki na UC Berkeley, który kieruje nową pracą, która została opublikowana w czasopiśmie Litery nano . Mówi, że technika hodowli nanofilarów jest stosunkowo prosta i tania.
Naukowcy budują nanofilary o wysokości dwóch mikrometrów, z podstawami o średnicy 130 nanometrów i końcówkami o średnicy 60 nanometrów. Zaczynają od stworzenia formy na pory w folii aluminiowej o grubości 2,5 milimetra. Najpierw anodują folię, aby utworzyć układ porów o szerokości 60 nanometrów i głębokości jednego mikrometra. Następnie wystawiają folię na działanie kwasu fosforowego, aby poszerzyć pory do 130 nanometrów – im dłużej folia jest wystawiona na działanie kwasu, tym szersze stają się pory. Ponowne anodowanie folii powoduje, że istniejące pory są o jeden mikrometr głębsze, a ta dodatkowa długość ma oryginalną średnicę 60 nanometrów. Śladowe ilości złota są następnie osadzane w tych porach jako katalizator do wzrostu kryształów materiału półprzewodnikowego – w tym przypadku germanu, który jest dobry dla fotodetektorów – wewnątrz każdego poru. Wreszcie część aluminium zostaje wytrawiona, pozostawiając szereg nanofilarów germanu osadzonych w membranie z tlenku glinu
Javey twierdzi, że ta metoda wytwarzania nanofilarów o różnych średnicach i kształtach jest prosta w porównaniu z innymi podejściami, które obejmują skomplikowane łączenie materiałów warstwa po warstwie oraz złożone materiały łączące przewody z nanocząsteczkami metalu.
Garnett zgadza się, że metoda Javeya może być tania, ale mówi, że wciąż jest za wcześnie, aby wiedzieć, czy metoda może przełożyć się na proces produkcyjny na dużą skalę. „Najbardziej ekscytującą rzeczą jest dowód na to, że nanostruktura może radykalnie zwiększyć absorpcję”, mówi.
Modyfikując rozmieszczenie filarów, można by stworzyć materiały pochłaniające dłuższe fale światła podczerwonego, co byłoby przydatne do tworzenia wydajnych i tanich detektorów światła podczerwonego. Od momentu przesłania Litery nano Na papierze naukowcy wykorzystali tę technikę również do stworzenia nanofilarów z tellurku kadmu, materiału lepiej nadającego się do ogniw słonecznych niż germanu.