En av de största utmaningarna i världen idag är energikrisen. Den höga efterfrågan och det låga utbudet av fossilt bränsle driver upp olje- och matpriserna. Kiselbaserade solceller är en av de mest lovande teknikerna för att generera ren och förnybar energi. Att använda dessa enheter för att omvandla bara en bråkdel av solljuset som träffar jorden varje dag till elektricitet kan drastiskt minska samhällets beroende av fossila bränslen. Tyvärr, dock, högkvalitativa kiselkristaller kräver stor omsorg under tillverkningsprocessen, vilket gör den resulterande höga produktionskostnaden till ett av de största hindren på vägen mot kommersialisering.

Ett sätt att sänka produktionskostnaden för dessa solceller är att lägga kiselskikt på billigare underlag som plast eller glas. Dock, detta tillvägagångssätt har en nackdel:tunna kiselfilmer har lägre effektomvandlingseffektivitet än bulkkiselkristaller eftersom de absorberar mindre ljus och innehåller fler defekter. Patrick Lo vid A*STAR Institute of Microelectronics och medarbetare har nu upptäckt ett tillvägagångssätt för att öka effektomvandlingseffektiviteten för tunn silikonfilm som deponeras på billiga underlag.

Lågkvalitets tunna filmer lider av ett inneboende problem:de kan inte absorbera fotoner vars våglängder är större än deras filmtjocklek. Till exempel, en standard, 800 nm tjock tunn film kan fånga blått ljus med kort våglängd, men kommer helt att sakna rött ljus med längre våglängd. ”För att hålla materialkostnaderna låga och förbättra ljuseffektiviteten, tricket är att fånga fler fotoner, inklusive de med medelstora våglängder, ”Säger Lo.

Ett sätt att fånga fler fotoner i den tunna kiselfilmen är att hugga små kiselpelare - hundratals nanometer stora - i kiselytan (se bild). Lo förklarar att kisel -nanopilarna är som en skog av träd, där ljus kommer in och inte lätt kan komma ut. "När ljuset träffar ytan, den studsar ytterligare några gånger längs eller inuti pelarna innan den tränger in i den nedre plana ytan, Säger han. "Varje studsande händelse ökar chanserna för fotonabsorption."

Lo och medarbetare använde datorsimuleringar för att bestämma den bästa konfigurationen för att extrahera elektriska laddningar från de defektbaserade kiselfilmerna. De fann att den övre delen av varje pelare kan göras extremt ledande genom att införa stora mängder dopmedel. Lo och medarbetare använder nu dessa praktiska riktlinjer för att konstruera en prototyp av detta unika koncept. "Att arbeta med nanostrukturer är ett underbart sätt att öppna vägar som kan övervinna de gränser som konventionell fysik sätter, ”Konstaterar han.