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Nanopillar che intrappolano più luce
Un materiale con una nuova nanostruttura sviluppata dai ricercatori dell'Università della California, a Berkeley, potrebbe portare a celle solari e rilevatori di luce a basso costo. Assorbe la luce proprio come le celle solari a film sottile commerciali, ma utilizza molto meno materiale semiconduttore.
Spesso e sottile: Un'immagine al microscopio elettronico a scansione mostra nanopillar di germanio a doppio diametro che intrappolano la luce.
Il nuovo materiale è costituito da una serie di nanopilastri che sono stretti nella parte superiore e più spessi nella parte inferiore. Le parti superiori strette consentono alla luce di penetrare nell'array senza riflettersi. Il fondo più spesso assorbe la luce in modo che possa essere convertita in elettricità. Il design assorbe il 99 percento della luce visibile, rispetto all'85 percento assorbito da un progetto precedente in cui i nanopilastri avevano lo stesso spessore per tutta la loro lunghezza. Una normale pellicola piatta del materiale assorbirebbe solo il 15% della luce.
Strutture come nanofili, microfili e nanopilastri sono eccellenti per intrappolare la luce, riducendo la quantità di materiale semiconduttore necessaria, afferma Erik Garnett , ricercatore presso la Stanford University. Nanofili e nanopilastri utilizzano da metà a un terzo del materiale semiconduttore richiesto dalle celle solari a film sottile realizzate con materiali come il tellururo di cadmio e appena l'1 percento del materiale utilizzato nelle celle di silicio cristallino, afferma. Queste strutture facilitano anche l'estrazione della carica dal materiale. Nel complesso, questi miglioramenti potrebbero rendere il solare più economico. Ridurre i costi dei materiali ottenendo la stessa quantità di assorbimento della luce e quindi l'efficienza è molto importante per le celle solari, afferma Shanhui Fan , un professore di ingegneria elettrica a Stanford.
Molti materiali nanostrutturati hanno design complessi e richiedono metodi di fabbricazione ingombranti per depositare più strati, afferma Ali Javey , un professore di ingegneria elettrica e informatica presso la UC Berkeley che sta conducendo il nuovo lavoro, che viene pubblicato sulla rivista Nano lettere . Dice che la tecnica per far crescere i nanopilastri è relativamente semplice ea basso costo.
I ricercatori realizzano nanopillars alti due micrometri, con basi di 130 nanometri di diametro e punte di 60 nanometri di diametro. Iniziano creando uno stampo per i pori in un foglio di alluminio spesso 2,5 millimetri. Per prima cosa anodizzare il film per creare una disposizione di pori larghi 60 nanometri e lunghi un micrometro. Quindi espongono la lamina all'acido fosforico per allargare i pori a 130 nanometri: più a lungo la lamina è esposta all'acido, più ampi i pori. Anodizzare nuovamente il film rende i pori esistenti di un micrometro più profondi e questa lunghezza aggiuntiva ha il diametro originale di 60 nanometri. Tracce di oro vengono quindi depositate in questi pori come catalizzatore per far crescere cristalli di materiale semiconduttore, in questo caso germanio, che è buono per i fotorivelatori, all'interno di ciascun poro. Infine, parte dell'alluminio viene inciso, lasciando dietro di sé una serie di nanocolonne di germanio incorporati in una membrana di ossido di alluminio
Javey afferma che questo metodo per realizzare nanocolonne di vari diametri e forme è semplice rispetto ad altri approcci, che implicano un complicato assemblaggio strato per strato di materiali e materiali complessi che combinano fili con nanoparticelle metalliche.
Garnett concorda sul fatto che il metodo di Javey potrebbe essere economico, ma afferma che è ancora troppo presto per sapere se il metodo può tradursi in un processo di produzione su larga scala. La cosa più eccitante è la prova che la nanostrutturazione può aumentare drasticamente l'assorbimento, dice.
Modificando la disposizione dei pilastri, potrebbe essere possibile realizzare materiali che assorbono lunghezze d'onda della luce infrarosse più lunghe, il che sarebbe utile per realizzare rivelatori di luce a infrarossi efficienti ed economici. Dal momento che ha presentato il Nano lettere carta, i ricercatori hanno anche utilizzato la tecnica per realizzare nanocolonne di tellururo di cadmio, un materiale più adatto per le celle solari rispetto al germanio.