Il silicio è facilmente disponibile, facile da elaborare, altamente stabile e non tossico. È anche uno dei migliori materiali per realizzare celle solari. L'alta qualità e la purezza del silicio necessarie per fabbricare le celle solari a base di silicio più efficienti, però, ha reso difficile ridurre i costi di produzione per questa tecnologia di energia rinnovabile. Un approccio che potrebbe ridurre i costi consiste nell'utilizzare una pellicola di silicio microscopicamente sottile con una superficie strutturata per migliorare l'assorbimento della luce. Navab Singh dell'A*STAR Institute of Microelectronics e collaboratori hanno ora evidenziato diversi fattori chiave che influenzano l'efficienza di conversione di potenza delle celle solari a film sottile con struttura superficiale e hanno ideato un design "nanopillar" che massimizza l'assorbimento della luce e riduce al minimo la produzione costi.

Le celle solari al silicio a film sottile con le migliori prestazioni attualmente hanno efficienze che sono circa la metà di quelle delle celle solari convenzionali in silicio sfuso. “Indagando su una varietà di design di nanopillar verticali appropriati, possiamo migliorare l'efficienza di cattura e raccolta della luce dei film sottili per compensare la perdita di efficienza causata dalla riduzione della qualità e della quantità del materiale, "dice Singh.

I ricercatori hanno studiato vari fattori che potrebbero influenzare le prestazioni di una cella solare a film sottile. Questi fattori includono il diametro e la lunghezza del nanopilastro, così come la spaziatura tra i nanopilastri (vedi immagine). Altrettanto importante è il design degli strati caricati positivamente e negativamente nelle celle solari che sono necessari per separare i vettori elettrici creati dalla luce assorbita.

Le simulazioni dei ricercatori hanno mostrato che lo spessore dello strato caricato negativamente sul lato esterno dei pilastri dovrebbe essere il più sottile possibile per ridurre l'assorbimento "parassitario", l'annientamento dei vettori generati dalla luce prima che attraversino la giunzione tra gli strati dove contribuirebbero alla produzione di energia elettrica. Hanno anche scoperto che un design a giunzione assiale in cui la giunzione tra gli strati positivo e negativo è confinata nella parte superiore dei pilastri porta a una tensione a circuito aperto più elevata rispetto alle strutture di giunzione radiale più convenzionali in cui lo strato negativo avvolge l'intero pilastri. Eppure hanno scoperto che è vero il contrario per la corrente a circuito aperto.

Singh e i suoi collaboratori mostrano quindi che è necessario un equilibrio di questi fattori al fine di ottimizzare i progetti per l'efficienza di conversione da luce a potenza nelle strutture a film sottile a trama superficiale, che alla fine potrebbe portare a celle solari in silicio a film sottile in grado di eguagliare l'efficienza delle più costose celle solari in silicio monocristallino.