Genom att applicera en beläggning på individuella nanotrådar av kisel, forskare vid Harvard och Berkeley har avsevärt förbättrat materialens effektivitet och känslighet.

Resultaten, publicerad den 20 maj, 2011, frågan om Nanobokstäver , tyder på att de belagda ledningarna håller lovande för fotodetektorer och energiskördande teknologier som solceller.

På grund av ett stort yta-till-volymförhållande, nanotrådar lider vanligtvis av en hög ytrekombinationshastighet, vilket innebär att fotogenererade avgifter rekombineras snarare än att de samlas in vid terminalerna. Bärarlivslängden för en grundläggande nanotråd förkortas med fyra till fem storleksordningar, minska materialets effektivitet i applikationer som solceller till några procent.

"Nanotrådar har potential att erbjuda hög energiomvandling till låg kostnad, ändå har deras begränsade effektivitet hållit dem tillbaka, säger Kenneth Crozier, Docent i elektroteknik vid Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).

Med sitt senaste arbete, Crozier och hans kollegor visade vad som kunde vara lovande lösning. Göra finprecisionsmätningar på enstaka nanotrådar belagda med ett amorft kiselskikt, laget visade en dramatisk minskning av ytrekombinationen.

Ytpassivering har länge använts för att främja effektiviteten i kiselchips. Tills nu, ytpassivering av nanotrådar har undersökts mycket mindre.

Skapandet av beläggningen som passiverade ytorna på nanotrådarna var en lycklig olycka. Under beredningen av en sats av enkristallinanotrådar av kisel, forskarna gissar, de små guldpartiklarna som användes för att odla nanotrådarna blev utarmade. Som ett resultat, de tror, den amorfa kiselbeläggningen avsattes helt enkelt på de individuella trådarna.

Istället för att överge satsen, Crozier och hans team bestämde sig för att testa det. Avsökning av fotoströmstudier indikerade, häpnadsväckande, nästan hundrafaldig minskning av ytrekombination. Övergripande, de belagda trådarna hade en 90-faldig ökning i ljuskänslighet jämfört med obelagda.

Medförfattare Yaping Dan, en postdoktor i Crozier's lab som stod i spetsen för experimenten, antyder att orsaken till den ökade effektiviteten är att beläggningen fysiskt förlänger de brutna atombindningarna vid den enkristallina kiselytan. På samma gång, beläggningen kan också bilda en högelektrisk potentialbarriär vid gränssnittet, som begränsar de fotogenererade laddningsbärarna inuti det enkristallina kislet.

"Så vitt vi vet, forskare har inte gjort dessa typer av precisionsmätningar av ytpassivering på nivån av enstaka nanotrådar, ", säger Crozier. "Helt enkelt genom att lägga ett tunt lager av amorft kisel på en kristallin kisel nanotråd minskar ytrekombinationen nästan två storleksordningar. Vi tror att arbetet kommer att ta itu med några av nackdelarna med nanotrådar men behålla deras fördelar."

På grund av deras ökade bärarlivslängd, forskarna förväntar sig att deras ledningar kommer att ge högre energiomvandlingseffektivitet när de används i solcellsenheter.