Silicium is gemakkelijk verkrijgbaar, gemakkelijk te verwerken, zeer stabiel en niet giftig. Het is ook een van de beste materialen voor het maken van zonnecellen. De hoge kwaliteit en zuiverheid van silicium die nodig is voor het vervaardigen van de meest efficiënte op silicium gebaseerde zonnecellen, echter, heeft het moeilijk gemaakt om de productiekosten voor deze hernieuwbare energietechnologie te verlagen. Een benadering die de kosten zou kunnen verlagen, is het gebruik van een microscopisch dunne film van silicium met een gestructureerd oppervlak om de lichtabsorptie te verbeteren. Navab Singh van het A*STAR Institute of Microelectronics en collega's hebben nu verschillende belangrijke factoren benadrukt die van invloed zijn op de energieconversie-efficiëntie van dunne-filmzonnecellen met oppervlaktetextuur en komen met een 'nanopillair' ontwerp dat de lichtabsorptie maximaliseert en de productie minimaliseert kosten.

De momenteel best presterende dunne-film silicium zonnecellen hebben een efficiëntie die ongeveer de helft is van die van conventionele bulk silicium zonnecellen. "Door een verscheidenheid aan geschikte verticale nanopijlerontwerpen te onderzoeken, kunnen we de efficiëntie van het opvangen en verzamelen van licht van dunne films verbeteren om het efficiëntieverlies te compenseren dat wordt veroorzaakt door verminderde materiaalkwaliteit en -kwantiteit, ', zegt Singh.

De onderzoekers onderzochten verschillende factoren die van invloed kunnen zijn op de prestaties van een dunnefilmzonnecel. Deze factoren omvatten de diameter en lengte van de nanopijler, evenals de afstand tussen nanopijlers (zie afbeelding). Even belangrijk is het ontwerp van de positief en negatief geladen lagen in de zonnecellen die nodig zijn om de elektrische dragers te scheiden die door het geabsorbeerde licht worden gecreëerd.

De simulaties van de onderzoekers toonden aan dat de dikte van de negatief geladen laag aan de buitenzijde van de pilaren zo dun mogelijk moet zijn om 'parasitaire' absorptie te verminderen - de vernietiging van door licht gegenereerde dragers voordat ze de kruising tussen lagen oversteken waar ze zouden bijdragen aan de opwekking van elektrische energie. Ze ontdekten ook dat een ontwerp met axiale knooppunten waarbij de junctie tussen positieve en negatieve lagen beperkt is tot de top van de pilaren, leidt tot een hogere nullastspanning in vergelijking met meer conventionele radiale junctiestructuren waarbij de negatieve laag zich om de hele pilaar wikkelt. pijlers. Toch vonden ze het omgekeerde waar voor de nullaststroom.

Singh en zijn medewerkers laten daarom zien dat een balans tussen deze factoren nodig is om ontwerpen te optimaliseren voor licht-naar-vermogen conversie-efficiëntie in dunne-filmstructuren met oppervlaktetextuur, wat uiteindelijk zou kunnen leiden tot dunne-film silicium zonnecellen die de efficiëntie van de duurdere monokristallijne silicium zonnecellen kunnen evenaren.