(Phys.org) —In fotovoltaïsche, er is over het algemeen een afweging in termen van halfgeleiderdikte, met dikkere halfgeleiders die een betere fotonabsorptie bieden en dunnere die een hogere efficiëntie van ladingsdragerextractie bieden. In recente jaren, wetenschappers zijn begonnen met het onderzoeken van halfgeleider nanodraad-zonnecellen, die deze afweging aanpakken door middel van morfologie-afhankelijke resonanties die de absorptie aanzienlijk verbeteren in vergelijking met een vlakke film.

Nutsvoorzieningen, enigszins contra-intuïtief, wetenschappers hebben theoretisch ontdekt dat dunne halfgeleiderfilms die om metalen nanodraden zijn gewikkeld aanzienlijk betere lichtabsorptie-eigenschappen hebben dan vaste halfgeleidende nanodraden, ondanks het feit dat ze minder halfgeleidend materiaal gebruiken. Tegelijkertijd, de metalen kern fungeert als een contact om ladingsdragers efficiënt te extraheren. Door het hoofd te bieden aan de wisselwerking tussen halfgeleiderdiktes en uitzonderlijke prestaties te bieden, de nanostructuren kunnen ideale bouwstenen worden voor goedkope fotovoltaïsche en zonne-brandstoftoepassingen.

Een paper over de nieuwe apparaten door Sander A. Mann en Erik C. Garnett bij het Center for Nanophotonics bij FOM-instituut AMOLF in Amsterdam, Nederland, zal worden gepubliceerd in een toekomstige uitgave van Nano-letters .

"Het grootste belang voor ons werk is dat we een ontwerp leveren voor nanodraad-bouwstenen dat zowel uitstekende lichtvangeigenschappen als een lokaal metalen elektrodecontact (voor stroomextractie) bevat, "vertelde Garnett" Phys.org . "Zilveren nanodraadnetwerken zijn al gebruikt als hoogwaardige transparante elektroden en we verwachten dat we door ze te bekleden met dunne halfgeleidende schillen, zeer efficiënte zonnecellen kunnen maken met goedkope materialen. Er is nu waargenomen in een aantal artikelen dat nanostructurering van een materiaal kan de lichtabsorptie verhogen, zelfs als er minder halfgeleidermateriaal wordt gebruikt. dit document zet de volgende stap en begint na te denken over het ontwerpen van dergelijke structuren met geïntegreerde elektrische contacten."

Een van de grootste voordelen van het ontwerp is dat het gebruik maakt van zeer dunne halfgeleidende films en tegelijkertijd een zeer goede lichtabsorptie biedt. Zoals genoemd, dikke halfgeleiderlagen zijn nodig voor een goede lichtabsorptie, maar halfgeleiders van hoge kwaliteit zijn erg duur. Deze nieuwe kern-schaal-geometrie opent een weg naar het gebruik van goedkope, overvloedig, en milieuvriendelijke halfgeleiders die voorheen van te lage kwaliteit waren voor een goede ladingsextractie.

In halfgeleiderobjecten kleiner dan de golflengte van licht, zoals het geval is met de meeste nanodraden voor fotovoltaïsche doeleinden, de optische eigenschappen worden voornamelijk bepaald door resonanties. Deze resonanties verbeteren de absorptie het meest wanneer ze kritisch gekoppeld zijn:de verliespercentages als gevolg van absorptie in de halfgeleider en als gevolg van stralingslekkage (licht dat uit de nanodraad ontsnapt voordat het wordt geabsorbeerd) zijn gelijk. Dit is vaak het geval in de buurt van de band gap van het materiaal, waar de absorptie zwak is, wat leidt tot het zeer contra-intuïtieve resultaat dat de absorptie in de nanodraad juist toeneemt wanneer de absorptiecoëfficiënt afneemt.

Zoals de wetenschappers uitleggen, in de kern-schaal geometrie, extreme lichtabsorptie ontstaat door het aantal en de sterkte van deze resonanties te vergroten. Terwijl in horizontale nanodraden resonanties altijd spectraal gescheiden zijn (bij verschillende golflengten), in de kern-schaalgeometrie kunnen ze elkaar overlappen. Verder, horizontale vaste halfgeleider nanodraden zijn zeer polarisatiegevoelig, maar dit is ongewenst aangezien het licht van de zon ongepolariseerd is. De core-shell geometrie lost deze polarisatieafhankelijkheid op door resonanties in beide polarisaties tegelijkertijd op één lijn te brengen.

Algemeen, door aan te tonen dat uitstekende lichtabsorptie kan worden bereikt in zeer dunne halfgeleiderlagen, deze hybride nanostructuur biedt een opwindend nieuw pad naar het realiseren van goedkope zonnetechnologieën op basis van overvloedige en milieuvriendelijke halfgeleiders. De onderzoekers zijn van plan binnenkort prototypes van de apparaten te fabriceren.

"Onze directe plannen zijn om zowel single-nanowire als array-zonnecellen te maken op basis van deze core-shell bouwstenen om onze berekeningen experimenteel te verifiëren, ' zei Garnett.

© 2013 Fys.org. Alle rechten voorbehouden.