Het verhogen van de kosteneffectiviteit van fotovoltaïsche apparaten is van cruciaal belang om deze hernieuwbare energiebronnen concurrerend te maken met traditionele fossiele brandstoffen. Een mogelijkheid is om hybride zonnecellen te gebruiken die silicium nanodraden combineren met goedkope, fotogevoelige polymeren. Door het grote oppervlak en de beperkte aard van nanodraden kunnen ze aanzienlijke hoeveelheden licht opvangen voor zonneceloperaties. Helaas, deze dunne, naaldachtige structuren zijn erg kwetsbaar en hebben de neiging om aan elkaar te kleven als de draden te lang worden.

Nutsvoorzieningen, bevindingen door Xincai Wang van het A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology en collega's van de Nanyang Technological University zouden de rollen kunnen omdraaien op silicium nanodraden door de productie van silicium 'nanoholes' te verbeteren - smalle holtes die in siliciumwafels zijn uitgehouwen die verbeterde mechanische en lichtoogstmogelijkheden.

Nanogaten zijn bijzonder effectief in het opvangen van licht omdat fotonen vele malen in deze openingen kunnen afketsen totdat absorptie optreedt. Toch ontbreekt nog steeds een praktisch begrip van hoe deze kleine structuren moeten worden gefabriceerd. Een belangrijk probleem, merkt op Wang, is controle over de beginfasen van de vorming van nanogaten - een cruciale periode die vaak defecten in de zonnecel kan veroorzaken.

In plaats van traditionele tijdrovende lithografie, identificeerden de onderzoekers een snelle, 'maskerloze' benadering voor het maken van nanogaatjes met zilveren nanodeeltjes. Eerst, ze zetten een nanometer dunne laag zilver af op een siliciumwafel die ze hard maakten door het uit te gloeien met behulp van een ultrasnelle ultraviolette laser. Zorgvuldige optimalisatie van deze procedure leverde regelmatige arrays van zilveren nanosferen op bovenop het siliciumoppervlak, met bolgrootte en distributie gecontroleerd door de lasergloeicondities.

Volgende, het nanosfeer-siliciumcomplex werd ondergedompeld in een oplossing van waterstofperoxide en fluorwaterstofzuur - een mengsel dat de siliciumatomen direct onder de katalytische zilveren nanobolletjes wegvreet. Daaropvolgende verwijdering van de zilverdeeltjes met zuur leverde de uiteindelijke, nanogat-geïnfundeerd siliciumoppervlak (zie afbeelding).

Het team analyseerde de zonnecelactiviteit van hun nanogat-interfaces door ze te coaten met een halfgeleidend polymeer en metalen elektroden. Hun experimenten onthulden een opmerkelijke afhankelijkheid van de diepte van nanogaten:holtes dieper dan één micrometer vertoonden scherpe dalingen in de energieconversie-efficiëntie van maximaal 8,3 procent als gevolg van lichtverstrooiing van ruwere oppervlakken en hogere serieweerstandseffecten.

"Ons eenvoudige proces voor het maken van hybride silicium nanohole-apparaten kan met succes de fabricagekosten verlagen die de zonnecelindustrie belemmeren, ", zegt Wang. "Bovendien, deze benadering kan gemakkelijk worden overgebracht naar dunne siliciumfilms om dunne-film silicium-polymeer hybride zonnecellen te ontwikkelen met een nog hogere efficiëntie."