Una delle maggiori sfide nel mondo di oggi è la crisi energetica. L'elevata domanda e la scarsa offerta di combustibili fossili stanno facendo salire i prezzi del petrolio e dei generi alimentari. Le celle solari a base di silicio sono una delle tecnologie più promettenti per la generazione di energia pulita e rinnovabile. L'utilizzo di questi dispositivi per convertire solo una frazione della luce solare che colpisce la terra ogni giorno in elettricità potrebbe ridurre drasticamente la dipendenza della società dai combustibili fossili. Sfortunatamente, però, i cristalli di silicio di alta qualità richiedono grande cura durante il processo di produzione, facendo dell'alto costo di produzione che ne deriva uno dei principali ostacoli alla commercializzazione.

Un modo per ridurre i costi di produzione di queste celle solari è depositare strati di silicio su substrati più economici come plastica o vetro. Però, questo approccio ha uno svantaggio:i film sottili di silicio hanno efficienze di conversione di potenza inferiori rispetto ai cristalli di silicio sfusi perché assorbono meno luce e contengono più difetti. Patrick Lo dell'A*STAR Institute of Microelectronics e collaboratori hanno scoperto un approccio per aumentare l'efficienza di conversione di potenza dei film sottili di silicio depositati su substrati economici.

I film sottili di silicio di bassa qualità soffrono di un problema intrinseco:non possono assorbire fotoni le cui lunghezze d'onda sono maggiori dello spessore del loro film. Ad esempio, una norma, La pellicola sottile di 800 nm può catturare la luce blu a lunghezza d'onda corta, ma mancherà completamente la luce rossa a lunghezza d'onda più lunga. “Per mantenere bassi i costi dei materiali e migliorare l'efficienza della luce, il trucco è intrappolare più fotoni, compresi quelli con lunghezze d'onda medie, "dice Lo.

Un modo per intrappolare più fotoni nel film sottile di silicio è intagliare minuscoli pilastri di silicio (centinaia di nanometri di dimensione) nella superficie del silicio (vedi immagine). Lo spiega che i nanopillar di silicio sono come una foresta di alberi, in cui la luce entra e non può uscire facilmente. “Quando la luce colpisce la superficie, rimbalza ancora un paio di volte lungo o all'interno dei pilastri prima di penetrare nella superficie piana inferiore, "dice. "Ogni evento di rimbalzo aumenta le possibilità di assorbimento dei fotoni".

Lo e i suoi collaboratori hanno utilizzato simulazioni al computer per determinare la migliore configurazione per l'estrazione di cariche elettriche dalle pellicole di silicio piene di difetti. Hanno scoperto che la porzione superiore di ciascun pilastro può essere resa estremamente conduttiva introducendo grandi quantità di droganti. Lo e i suoi collaboratori stanno ora utilizzando queste linee guida pratiche per progettare un prototipo di questo concetto unico. “Lavorare con le nanostrutture è un modo meraviglioso per aprire percorsi che potrebbero superare i limiti posti dalla fisica convenzionale, ” fa notare.