Kisel är lätt tillgängligt, lätt att bearbeta, mycket stabil och giftfri. Det är också ett av de bästa materialen för att göra solceller. Den höga kvaliteten och renheten av kisel som behövs för att tillverka de mest effektiva kiselbaserade solcellerna, dock, har gjort det svårt att sänka produktionskostnaderna för denna teknik för förnybar energi. Ett tillvägagångssätt som kan minska kostnaderna är att använda en mikroskopiskt tunn film av kisel med en texturerad yta för att förbättra ljusabsorptionen. Navab Singh vid A*STAR Institute of Microelectronics och medarbetare har nu lyft fram flera nyckelfaktorer som påverkar effektomvandlingseffektiviteten hos ytstrukturerade tunnfilms solceller och kommer med en "nanopillar" -design som maximerar ljusabsorptionen och minimerar produktionen kostar.

De bäst presterande tunnfilms-kiselsolcellerna har för närvarande effektivitet som är ungefär hälften av konventionella bulk-kiselsolceller. ”Genom att undersöka en mängd lämpliga vertikala nanopillar -konstruktioner kan vi förbättra tunnfilms effektivitet för att fånga upp och samla in för att kompensera för effektivitetsförlusten som orsakas av minskad materialkvalitet och kvantitet, Säger Singh.

Forskarna undersökte olika faktorer som kan påverka prestanda för en tunnfilms solcell. Dessa faktorer inkluderar nanopillarens diameter och längd, samt avståndet mellan nanopillrar (se bild). Lika viktigt är utformningen av de positivt och negativt laddade skikten i solcellerna som behövs för att separera de elektriska bärarna som skapas av det absorberade ljuset.

Forskarnas simuleringar visade att tjockleken på det negativt laddade skiktet på pelarnas yttre sida bör vara så tunt som möjligt för att minska 'parasitisk' absorption-utsläpp av ljusgenererade bärare innan de korsar korsningen mellan lager där de skulle bidra till elproduktion. De fann också att en axiell övergångsdesign där övergången mellan positiva och negativa lager är begränsad till toppen av pelarna leder till en högre öppen kretsspänning jämfört med mer konventionella radiella övergångsstrukturer där det negativa lagret sveper runt hela pelare. Ändå fann de att det motsatta var sant för strömmen med öppen krets.

Singh och hans medarbetare visar därför att en balans mellan dessa faktorer behövs för att optimera konstruktioner för ljus-till-effekt-konverteringseffektivitet i ytstrukturerade tunnfilmsstrukturer, vilket så småningom kan leda till tunnfilms kiselsolceller som kan matcha effektiviteten hos de dyrare enkristallina kiselsolcellerna.