Att öka kostnadseffektiviteten för solcellsanläggningar är avgörande för att göra dessa förnybara energikällor konkurrenskraftiga med traditionella fossila bränslen. En möjlighet är att använda hybrid solceller som kombinerar kisel nanotrådar med låg kostnad, fotoresponsiva polymerer. Nanotrådarnas höga yta och begränsade natur gör att de kan fånga betydande mängder ljus för solcellsdrift. Tyvärr, dessa tunna, nålliknande strukturer är mycket ömtåliga och tenderar att hålla ihop när trådarna blir för långa.

Nu, fynd av Xincai Wang från A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology och medarbetare från Nanyang Technological University skulle kunna vända tabellen på kisel nanotrådar genom att förbättra tillverkningen av kisel "nanohål" - smala hålrum uthuggna i kiselwafers som har förbättrat mekaniska och förmåga att skörda ljus.

Nanohål är särskilt effektiva för att fånga ljus eftersom fotoner kan rikoschettera många gånger inuti dessa öppningar tills absorption sker. Ändå saknas en praktisk förståelse för hur man tillverkar dessa små strukturer. Ett betydande problem, noterar Wang, är kontroll över de inledande stadierna av nanohålsbildning - en avgörande period som ofta kan orsaka defekter i solcellen.

Istället för traditionell tidskrävande litografi, forskarna identifierade en snabb, "masklöst" tillvägagångssätt för att producera nanohål med silvernanopartiklar. Först, de deponerade ett nanometertunt lager av silver på en kiselskiva som de härdade genom att glödga den med en ultraviolett laser med snabb utbrott. Noggrann optimering av denna procedur gav regelbundna arrayer av silver nanosfärer ovanpå kiselytan, med sfärstorlek och fördelning styrd av laserglödgningsförhållandena.

Nästa, nanosfär-kiselkomplexet sänktes ner i en lösning av väteperoxid och fluorvätesyra – en blandning som äter upp kiselatomer direkt under de katalytiska silvernanosfärerna. Efterföljande avlägsnande av silverpartiklarna med syra gav den slutliga, nanohål-infunderad silikonyta (se bild).

Teamet analyserade solcellsaktiviteten i deras nanohålsgränssnitt genom att belägga dem med en halvledande polymer och metallelektroder. Deras experiment avslöjade ett anmärkningsvärt beroende av nanohålsdjup:håligheter djupare än en mikrometer visade kraftiga minskningar i effektomvandlingseffektiviteten från maximalt 8,3 procent på grund av ljusets spridning av grövre ytor och högre seriemotståndseffekter.

"Vår enkla process för att tillverka hybridkisel -nanohålsenheter kan framgångsrikt minska tillverkningskostnaderna som hindrar solcellsindustrin, " säger Wang. "Dessutom, detta tillvägagångssätt kan enkelt överföras till kisel tunna filmer för att utveckla tunnfilm kisel-polymer hybrid solceller med ännu högre effektivitet. "