Fovea centralis, eller fovea för kort, sitter i mitten av macula lutea (eller gula fläcken) på näthinnan, där den smala, trattliknande ögonkoner är särskilt tätt packade tillsammans. Vi ser en bild med störst skärpa i denna lilla region eftersom varje kon där är kopplad till en nervcell.

Detta tätt packade arrangemang av koner har nu inspirerat teamet under ledning av prof. Silke Christiansen att replikera något liknande i kisel som en yta för solceller och undersöka dess lämplighet för att samla och leda ljus. Christiansen leder Institute for Nanoarchitectures for Energy Conversion vid Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) och ett forskarlag vid Max Planck Institute for the Science of Light (MPL).

"Vi har visat i detta arbete att ljustrattarna absorberar avsevärt mer ljus än andra optiska arkitekturer som testats under den senaste tiden", säger Sebastian Schmitt, en av de två första författarna till publikationen som har dykt upp i den välrenommerade tidskriften Nature Vetenskapliga rapporter .

Liten förändring - stor effekt!

Forskarna var förvånade över hur stor effekten av denna arkitektur var, dock. Det var känt från tidigare studier att arrangemang av mycket tunna vertikala cylindrar (en "matta" av nanotrådar av kisel) absorberar ljus väl. Men även små avvikelser i formen på cylindrarna ända ner till formen av en tratt ökade absorptionen. I jämförelse med mattan av nanotrådar som har undersökts under en tid, trattfälten presterar klart bättre.

Ändå kräver tillverkningen av de lätta trattarna ingen speciell ansträngning och är genomförbart med konventionella halvledarprocesser som reaktiv jonetsning eller våtkemisk etsning, till exempel. Jämfört med en silikonfilm av samma tjocklek, ett lager av ljustrattarna ökar absorptionen av solljus med cirka 65 %.

"Vår modellering gjorde det möjligt för oss att också ge en förklaring till varför uppsättningarna av ljustrattar fångar ljus avsevärt bättre än en matta av nanotrådar (som visas i våra beräkningar i denna publikation). Optiska lägen i nanotrådar interfererar med varandra. Ett område med nära arrangerade nanotrådar tar därför in ljus mindre effektivt än ett identiskt antal enstaka nanotrådar skulle kunna. Precis det motsatta inträffar med ljustrattarna:omedelbart angränsande ljustrattar förstärker varandras absorption", förklarar Schmitt

En blick in i framtiden

"Efter detta intressanta första resultat, vi pressar oss framåt i olika riktningar", säger Christiansen. Hon och hennes team arbetar vidare med att förbättra tunnfilmssolceller baserade på kisel och vill bygga trattarna till robusta celldesigner som kan realiseras ekonomiskt över stora ytor. De kommer att kunna få tillgång till expertis vid Competence Center Thin-Film- and Nanotechnology for Photovoltaics Berlin (PVcomB) i HZB där divisionen som leds av prof. Rutger Schlatmann har specialiserat sig på att skala upp mönster som utvecklats i labbet och snabbt och effektivt kan implementera förstudier för stora solceller. "Vi hoppas att du snart kommer att höra från vårt samarbete igen om en 30 cm x 30 cm trattsolcell. Sebastian Schmitt arbetar också med att använda trattarna för andra fotoniska applikationer i lysdioder och sensorkomponenter, fastän. De första pilotstudierna är så lovande att vi är övertygade om att dessa ansökningar inte kommer att behöva förbli drömmarna", Christiansen erbjuder.