Mikrostruktury obietnicą wysokiej wydajności
Krzem (Si), będący współcześnie standardem branżowym, ma ograniczony zakres fal, które dostrzega i absorbuje. Kiedy jednak krzem Si zostanie napromieniowany jonami światła, tworzą się ministruktury luk. Te nanokropki i nanoluki wykazują właściwości elektroniczne i optyczne, które do tej pory nie były badane w zastosowaniach fotowoltaicznych. Badacze powołali do życia projekt NOVOSIP (Nano-voids in strained silicon for plasmonics), aby zbadać wykorzystanie nanokropek i nanoluk w celu zwiększenia wydajności ogniw fotowoltaicznych z monokrystalicznego krzemu. Aby zrealizować ten cel, badacze opracowali struktury plazmonowe w unikalnych urządzeniach fotowoltaicznych składających się z połączonych warstw cyny (Sn) i krzemu (Si). Nanokropki i nanoluki zostały umieszczone w wysoce uszlachetnionej warstwie emitera w pobliżu złącz p-n w celu rozszerzenia efektu magnetycznego typu "near field". Efekt ten miał dać początek mnożeniu nośnika i zwiększeniu rozproszenia światła, przy czym oba są obiecujące w kontekście zwiększenia absorpcji światła słonecznego. Następnie naukowcy zastosowali różne metody w celu zbadania właściwości strukturalnych, optycznych i elektronicznych każdej warstwy. Poprzez wysokotemperaturowe promieniowanie jonizacyjne konstrukcji Si/SiSn/Si, zespół NOVOSIP uzyskał sferyczne nanoluki w nanometrowych osadach odkształconej cyny (Sn). Przy zastosowaniu implantacji jonów węgla i obróbki termicznej, naukowcy obserwowali formowanie się węglowych nanopłatków. Ze względu na krystaliczną strukturę płatków możliwa była absorpcja światła o wszystkich długościach fal, potencjalnie zwiększając współczynnik przemiany energii. Zespół opracował i przedstawił innowacyjną koncepcję w zakresie samoporządkowania się metalicznych nanopłaszczy w odkształconych strukturach Si/SiSn/Si. Wyniki badań teoretycznych i symulacji liczbowych odtwarzające różne efekty rezonansu plazmonowego pozwoliły na wyróżnienie wkładu badaczy w obserwacje eksperymentalne. Prace wykonane w projekcie NOVOSIP, chociaż jeszcze we wczesnej fazie, stanowią obiecujący kierunek rozwoju dla badań w zakresie ogniw słonecznych z monokrystalicznego krzemu. Ministruktury plazmoniczne utworzone w odkształconych wielowarstwach krzemu umożliwiają wydajniejsze i ekonomiczniejsze zbieranie światła. Ponadto nowa technologia może być zastosowana w systemach detekcji gazu i urządzeniach emitujących światło.
Słowa kluczowe
Ogniwa fotowoltaiczne, krzem, kropki kwantowe, nanoluki, NOVOSIP, plazmony, konwersja energii
