(Phys.org) -- I ricercatori che creano elettricità attraverso il fotovoltaico vogliono convertire il maggior numero possibile di lunghezze d'onda del sole per ottenere la massima efficienza. Altrimenti, stanno mangiando solo una piccola parte di un'anatra:sprecano tempo e denaro usando solo una piccola parte delle energie in arrivo dal sole.

Per questa ragione, vedono il nitruro di indio e gallio come un prezioso materiale futuro per i sistemi fotovoltaici. La modifica della concentrazione di indio consente ai ricercatori di regolare la risposta del materiale in modo che raccolga l'energia solare da una varietà di lunghezze d'onda. Più variazioni progettate nel sistema, quanto più lo spettro solare può essere assorbito, portando ad una maggiore efficienza delle celle solari. Silicio, lo standard del settore fotovoltaico di oggi, è limitato nella gamma di lunghezze d'onda che può "vedere" e assorbire.

Ma c'è un problema:nitruro di indio gallio, parte di una famiglia di materiali chiamati III-nitruri, è tipicamente cresciuto su film sottili di nitruro di gallio. Poiché gli strati atomici di nitruro di gallio hanno spaziature del reticolo cristallino diverse dagli strati atomici di nitruro di indio e gallio, il disadattamento porta a deformazioni strutturali che limitano sia lo spessore dello strato che la percentuale di indio che può essere aggiunta. Così, aumentando la percentuale di indio aggiunto si amplia lo spettro solare che può essere raccolto, ma riduce la capacità del materiale di tollerare lo sforzo.

Gli scienziati Jonathan Wierer Jr. e George Wang dei Sandia National Laboratories hanno riportato sulla rivista Nanotechnology che se la miscela di indio viene coltivata su una falange di nanofili anziché su una superficie piana, le piccole aree superficiali dei nanofili consentono allo strato di guscio di indio di "rilassarsi" parzialmente lungo ciascun filo, allentamento della tensione. Questo rilassamento ha permesso al team di creare una cella solare a nanofili con percentuali di indio di circa il 33%, superiore a qualsiasi altro tentativo riportato di creare celle solari a nitruro III.

Questo tentativo iniziale ha anche abbassato l'energia di base di assorbimento da 2,4 eV a 2,1 eV, la più bassa di qualsiasi cella solare a nitruro III fino ad oggi, e ha reso disponibile una gamma più ampia di lunghezze d'onda per la conversione di potenza. Le efficienze di conversione della potenza erano basse - solo lo 0,3 percento rispetto a una cella commerciale standard che ronza intorno al 15 percento - ma la dimostrazione ha avuto luogo su modelli di nanofili imperfetti. I perfezionamenti dovrebbero portare a maggiori efficienze e persino a minori energie.

Sono state utilizzate diverse tecniche uniche per creare la cella solare a matrice di nanofili di nitruro III. È stato utilizzato un processo di fabbricazione dall'alto verso il basso per creare l'array di nanofili mascherando uno strato di nitruro di gallio (GaN) con una maschera di silice colloidale, seguita da incisione a secco e ad umido. L'array risultante era costituito da nanofili con pareti laterali verticali e di altezza uniforme.

Prossimo, strati di guscio contenenti la più alta percentuale di indio di nitruro di indio gallio (InGaN) sono stati formati sul modello di nanofili di GaN tramite deposizione di vapore chimico organico metallico. Infine, In0.02Ga0.98N è stato coltivato, in modo tale da provocare la coalescenza dei nanofili. Questo processo ha prodotto uno strato di chioma nella parte superiore, facilitando la semplice elaborazione planare e rendendo la tecnologia producibile.

I risultati, dice Wierer, anche se modesto, rappresentano un promettente percorso in avanti per la ricerca sulle celle solari al nitruro III. La nanoarchitettura non solo consente una maggiore proporzione di indio negli strati di InGaN, ma anche un maggiore assorbimento tramite la diffusione della luce nello strato sfaccettato della chioma di InGaN, così come i vuoti d'aria che guidano la luce all'interno dell'array di nanofili.