En tät uppsättning nanotrådar odlades direkt på grafen. Insatserna visar en högre förstorings SEM -vy av arrayen och en STEM -bild av en enda, axiellt heterostrukturerade InGaAs/InAs nanotrådar. Upphovsman:Parsian Mohseni
(Phys.org) - Föreställ dig ett fält med små trådar - som står uppmärksamma som ett litet fält av vete - som samlar solens strålar som det första steget i omvandling av solenergi.
Forskare vid University of Illinois i Urbana-Champaign har uppnått nya prestandanivåer för fröfria och substratfria matriser av nanotrådar från materialklass III-V (tre-fem) direkt på grafen. Dessa sammansatta halvledare har särskilt löfte för applikationer som involverar ljus, som solceller eller lasrar.
"Under de senaste två decennierna har forskning inom halvledar-nanotrådar har hjälpt till att omforma vår förståelse av atomskala kristallmontering och avslöja nya fysiska fenomen i nanometerskalan, "förklarade Xiuling Li, professor i el- och datateknik i Illinois. I 20 mars numret av Avancerade material , forskarna presenterar den första rapporten om en ny solcellsarkitektur baserad på täta uppsättningar av koaxiala p-n-korsning InGaAs nanotrådar på InAs-stammar som odlas direkt på grafen utan några metallkatalysatorer eller litografiska mönster.
"I det här arbetet, vi har övervunnit den överraskande strukturen (fassegregering) och framgångsrikt odlat enfas InGaA och visat mycket lovande solcellsprestanda, "förklarade postdoktor Parsian Mohseni, första författaren till studien.
InGaAs/InAs nanotrådmatris kan lyftas från sin grafenbas och överföras till alternativa plattformar för böjbara enhetsapplikationer. Upphovsman:Parsian Mohseni
"Beroende på material, nanotrådar kan användas för funktionell elektronik och optoelektronikapplikationer, "Tillade Mohseni." De främsta fördelarna med denna III-V solcellsdesign är att den är ganska billig, substratfritt, och har en inbyggd baksidekontakt, samtidigt som det bidrar till integration inom andra flexibla enhetsplattformar. "
Lis forskargrupp använder en metod som kallas van der Waals epitaxy för att odla nanotrådar från botten upp på ett tvådimensionellt ark, I detta fall, grafen. Gaser som innehåller gallium, indium, och arsenik pumpas in i en kammare där grafenarket sitter, uppmanar nanotrådarna att montera sig själv, växer av sig själva till en tät matta av vertikala trådar över grafenens yta.
I deras tidigare arbete ( Nano bokstäver 2013) med ett grafenark, forskarna upptäckte att InGaAs -trådar som odlats på grafen spontant segregerar till en indiumarsenidkärna (InAs) med ett InGaAs -skal runt trådens utsida. För att förbättra materialens effektivitet vid konvertering av solenergi, forskarna kringgick den unika van der Waals epitaxy -inducerade spontana fassegregationen genom att infoga InAs -segment däremellan. De resulterande ternära InGaAs NW -matriserna är vertikala, icke avsmalnande, kontrollerbar i storlek, höjd, och dopning, och i stort sett justerbar i sammansättning sålunda energi för monolitisk heterogen integration med 2D van der Waals -ark inklusive grafen.
Schematiska framställningar av de tre olika nanotrådsgeometrier som undersökts (a-c) och ett diagram över en nanotråds-array-på-grafen-prototyp av solcellsanordning (d). De karakteristiska upplysta strömtäthets-spänningskurvorna (J-V) och externa kvanteffektivitetsspektra (EQE) som erhållits från de tre distinkta enhetstrukturerna visas längst ner till vänster och nedre till höger, respektive. Upphovsman:Parsian Mohseni
Under luftmassa 1,5 global solbelysning, kärnskalet In 0,25 Ga 0,75 Som (E. g ~ 1,1 eV) nanotrådsarrays på grafen visar en konverteringseffektivitet på 2,51 %, representerar ett nytt rekord för substratfritt, III-V NW-baserade solceller.
"Även om InGaAs långt ifrån är det optimala bandgapmaterialet för högeffektiva solceller, den direkta epitaxin på grafenplattformen som här etablerats har betydande konsekvenser för en mängd olika III-V-sammansatta halvledare NW-baserade solceller på grafen, samt ljusstrålare och tandem-solceller med flera övergångar, som alla kan släppas för flexibla applikationer, "Sa Li.
