Applicando un rivestimento ai singoli nanofili di silicio, i ricercatori di Harvard e Berkeley hanno notevolmente migliorato l'efficienza e la sensibilità dei materiali.

Le scoperte, pubblicato il 20 maggio, 2011, problema di Nano lettere , suggeriscono che i fili rivestiti sono promettenti per i fotorilevatori e le tecnologie di raccolta dell'energia come le celle solari.

A causa di un ampio rapporto superficie-volume, i nanofili tipicamente soffrono di un alto tasso di ricombinazione superficiale, il che significa che le cariche fotogenerate si ricombinano invece di essere raccolte ai terminali. La durata del vettore di un nanofilo di base è ridotta da quattro a cinque ordini di grandezza, riducendo l'efficienza del materiale in applicazioni come le celle solari a una piccola percentuale.

"I nanofili hanno il potenziale per offrire un'elevata conversione di energia a basso costo, eppure la loro limitata efficienza li ha trattenuti, "dice Kenneth Crozier, Professore Associato di Ingegneria Elettrica presso la Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).

Con il loro ultimo lavoro, Crozier ei suoi colleghi hanno dimostrato quale potrebbe essere una soluzione promettente. Effettuare misurazioni di precisione su singoli nanofili rivestiti con uno strato di silicio amorfo, il team ha mostrato una drastica riduzione della ricombinazione superficiale.

La passivazione superficiale è stata a lungo utilizzata per promuovere l'efficienza dei chip di silicio. Fino ad ora, la passivazione superficiale dei nanofili è stata esplorata molto meno.

La creazione del rivestimento che ha passivato le superfici dei nanofili è stata un felice incidente. Durante la preparazione di un lotto di nanofili di silicio monocristallino, gli scienziati ipotizzano, le piccole particelle d'oro usate per far crescere i nanofili si sono esaurite. Di conseguenza, pensano, il rivestimento in silicio amorfo è stato semplicemente depositato sui singoli fili.

Invece di abbandonare il lotto, Crozier e il suo team hanno deciso di testarlo. Scansione di studi fotocorrenti indicati, sorprendentemente, riduzione di quasi cento volte della ricombinazione superficiale. Globale, i fili rivestiti vantavano un aumento della fotosensibilità di 90 volte rispetto a quelli non rivestiti.

Co-autore Yaping Dan, un borsista post-dottorato nel laboratorio di Crozier che ha guidato gli esperimenti, suggerisce che la ragione della maggiore efficienza è che il rivestimento estende fisicamente i legami atomici rotti sulla superficie del silicio monocristallino. Allo stesso tempo, il rivestimento può anche formare una barriera ad alto potenziale elettrico all'interfaccia, che confina i portatori di carica fotogenerati all'interno del silicio monocristallino.

"Per quanto ne sappiamo, gli scienziati non hanno eseguito questo tipo di misurazioni di precisione della passivazione superficiale a livello di singoli nanofili, " dice Crozier. "Semplicemente mettendo un sottile strato di silicio amorfo su un nanofilo di silicio cristallino si riduce la ricombinazione superficiale di quasi due ordini di grandezza. Riteniamo che il lavoro affronterà alcuni degli svantaggi dei nanofili, ma manterrà i loro vantaggi".

A causa della loro maggiore durata del vettore, i ricercatori si aspettano che i loro cavi offriranno una maggiore efficienza di conversione dell'energia quando utilizzati in dispositivi a celle solari.