De fovea centralis, of kortweg fovea, zit in het midden van de Macula lutea (of macula) van het netvlies, waar de slanke, trechterachtige oculaire kegels zijn bijzonder dicht op elkaar gepakt. We zien een beeld met de grootste scherpte in dit kleine gebied omdat elke kegel daar is verbonden met een zenuwcel.

Deze dicht opeengepakte opstelling van kegels heeft het team onder leiding van prof. Silke Christiansen nu geïnspireerd om iets soortgelijks in silicium te repliceren als een oppervlak voor zonnecellen en de geschiktheid ervan voor het verzamelen en geleiden van licht te onderzoeken. Christiansen leidt het Institute for Nanoarchitectures for Energy Conversion aan het Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) en een onderzoeksteam aan het Max Planck Institute for the Science of Light (MPL).

"We hebben in dit werk aangetoond dat de lichttrechters aanzienlijk meer licht absorberen dan andere optische architecturen die de afgelopen tijd zijn getest", zegt Sebastian Schmitt, een van de twee eerste auteurs van de publicatie die is verschenen in het gerenommeerde tijdschrift Nature Wetenschappelijke rapporten .

Kleine verandering - groot effect!

De onderzoekers waren verbaasd over hoe groot het effect van deze architectuur was, echter. Uit eerdere studies was bekend dat opstellingen van zeer dunne verticale cilinders (een "tapijt" van silicium nanodraden) licht goed absorberen. Maar zelfs kleine afwijkingen in de vorm van de cilinders tot aan de vorm van een trechter verhoogden de absorptie. In vergelijking met het tapijt van nanodraden dat al langer wordt onderzocht, de trechtervelden presteren duidelijk beter.

Maar het vervaardigen van de lichttrechters vereist geen speciale inspanning en is haalbaar met conventionele halfgeleiderprocessen zoals reactief ionenetsen of nat chemisch etsen, bijvoorbeeld. Vergeleken met een siliciumfilm van dezelfde dikte, een laag van de lichttrechters verhoogt de absorptie van zonlicht met ongeveer 65%.

"Onze modellering stelde ons in staat om ook een verklaring te geven waarom de arrays van lichttrechters het licht aanzienlijk beter vangen dan een tapijt van nanodraden (zoals getoond in onze berekeningen in deze publicatie) Optische modi in nanodraden interfereren onderling met elkaar. arrayed nanodraden nemen daardoor licht minder efficiënt op dan een identiek aantal enkele nanodraden zou kunnen. Bij de lichttrechters is juist het tegenovergestelde het geval:direct aangrenzende lichttrechters versterken elkaars absorptie", legt Schmitt . uit

Een blik in de toekomst

"Na dit interessante eerste resultaat, we gaan in verschillende richtingen door", zegt Christiansen. Zij en haar team werken verder aan het verbeteren van dunne-film zonnecellen op basis van silicium en willen de trechters inbouwen tot robuuste celontwerpen die economisch over grote oppervlakken kunnen worden gerealiseerd. Ze zullen toegang krijgen tot expertise in het Competence Center Thin-Film- and Nanotechnology for Photovoltaics Berlin (PVcomB) van HZB, waar de divisie onder leiding van prof. Rutger Schlatmann zich heeft gespecialiseerd in het opschalen van patronen die in het laboratorium zijn ontwikkeld en snel en efficiënt kunnen implementeren haalbaarheidsstudies voor grote zonnecellen. "We hopen dat je snel weer iets van onze samenwerking hoort over een 30 cm x 30 cm trechterzonnecel. Sebastian Schmitt werkt ook aan het gebruik van de trechters voor andere fotonische toepassingen in LED's en sensorcomponenten, Hoewel. De eerste pilotstudies zijn zo veelbelovend dat we er zeker van zijn dat deze toepassingen niet bij dromen hoeven te blijven", Christiansen biedt.