Små trådar kan hjälpa ingenjörer att inse högpresterande solceller och annan elektronik, enligt forskare från University of Illinois.

Forskargruppen, ledd av professor i el- och datateknik Xiuling Li, utvecklat en teknik för att integrera sammansatta halvledar nanotrådar på kiselskivor, att övervinna viktiga utmaningar i produktionsproduktionen. Teamet publicerade sina resultat i tidningen Nano bokstäver .

Halvledare i gruppen III-V (uttalas tre-fem) lovar för enheter som byter ljus till elektricitet och vice versa, såsom avancerade solceller eller lasrar. Dock, de integreras inte sömlöst med kisel, vilket är ett problem eftersom kisel är den mest allestädes närvarande enhetsplattformen. Varje material har ett specifikt avstånd mellan atomerna i kristallen, känd som gitterkonstanten.

"Den största utmaningen har varit att III-V halvledare och kisel inte har samma gitterkonstanter, "Sa Li." De kan inte staplas ovanpå varandra på ett enkelt sätt utan att generera dislokationer, som kan ses som sprickor i atomskala. "

När kristallgallren inte står i linje, det finns en felaktig överensstämmelse mellan materialen. Forskare lägger vanligtvis III-V-material ovanpå kiselskivor i en tunn film som täcker skivan, men felanpassningen orsakar belastning och introducerar defekter, försämra enhetens prestanda.

Istället för en tunn film, Illinois -laget växte ett tätt packat utbud av nanotrådar, små delar av III-V halvledare som växer upp vertikalt från kiselskivan.

"Nanotrådsgeometrin erbjuder mycket mer frihet från gittermatchningsbegränsningar genom att släppa ut energianvändningen i sidled genom sidoväggarna, "Sa Li.

Forskarna hittade förutsättningar för odling av nanotrådar av olika kompositioner av III-V halvledaren indium gallium arsenid. Deras metod har fördelarna med att använda en vanlig tillväxtteknik utan att det behövs några speciella behandlingar eller mönster på kiselskivan eller metallkatalysatorerna som ofta behövs för sådana reaktioner.

Nanotrådsgeometri ger ytterligare fördelar med att förbättra solcellsprestanda genom större ljusabsorption och effektivitet för bärarsamling. Nanotrådsmetoden använder också mindre material än tunna filmer, minska kostnaden.

"Detta arbete representerar den första rapporten om ternära halvledar -nanotrådarrayer som odlas på kiselsubstrat, som verkligen är epitaxiella, kontrollerbar i storlek och dopning, hög bildförhållande, icke avsmalnande, och i stort sett justerbar i energi för praktisk enhetsintegration, "sa Li, som är ansluten till mikro- och nanoteknologilaboratoriet, Frederick Seitz materialforskningslaboratorium och Beckman Institute for Advanced Science and Technology vid U.

Li tror att nanotrådsmetoden kan tillämpas i stort på andra halvledare, möjliggör andra applikationer som har avskräckts av ojämnheter. Nästa, Li och hennes grupp hoppas snart kunna demonstrera nanotrådbaserade multi-junction tandem solceller med hög kvalitet och effektivitet.