Aumentare l'economicità dei dispositivi fotovoltaici è fondamentale per rendere queste fonti di energia rinnovabile competitive rispetto ai combustibili fossili tradizionali. Una possibilità è quella di utilizzare celle solari ibride che combinano nanofili di silicio con materiali a basso costo, polimeri fotosensibili. L'elevata superficie e la natura confinata dei nanofili consente loro di intrappolare quantità significative di luce per il funzionamento delle celle solari. Sfortunatamente, questi sottili, le strutture aghiformi sono molto fragili e tendono ad aderire quando i fili diventano troppo lunghi.

Ora, I risultati di Xincai Wang dell'A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology e dei colleghi della Nanyang Technological University potrebbero ribaltare la situazione sui nanofili di silicio migliorando la produzione di "nanoholes" di silicio, cavità strette scavate in wafer di silicio che hanno migliorato la meccanica e capacità di raccolta della luce.

I nanohole sono particolarmente efficaci nel catturare la luce perché i fotoni possono rimbalzare molte volte all'interno di queste aperture fino a quando non si verifica l'assorbimento. Tuttavia, manca ancora una comprensione pratica di come fabbricare queste minuscole strutture. Un problema significativo, osserva Wang, è il controllo delle fasi iniziali della formazione dei nanofori, un periodo cruciale che spesso può indurre difetti nella cella solare.

Invece della tradizionale litografia che richiede tempo, i ricercatori hanno identificato un rapido, approccio "senza maschera" alla produzione di nanofori utilizzando nanoparticelle d'argento. Primo, hanno depositato uno strato di argento sottile nanometro su un wafer di silicio che hanno indurito mediante ricottura utilizzando un laser ultravioletto a scoppio rapido. Un'attenta ottimizzazione di questa procedura ha prodotto matrici regolari di nanosfere d'argento sulla superficie del silicio, con dimensione e distribuzione della sfera controllate dalle condizioni di ricottura laser.

Prossimo, il complesso nanosfera-silicio è stato immerso in una soluzione di perossido di idrogeno e acido fluoridrico, una miscela che corrode gli atomi di silicio direttamente sotto le nanosfere catalitiche d'argento. La successiva rimozione delle particelle d'argento con acido ha prodotto il finale, superficie di silicio infusa con nanofori (vedi immagine).

Il team ha analizzato l'attività delle celle solari delle loro interfacce di nanofori rivestendole con un polimero semiconduttore ed elettrodi metallici. I loro esperimenti hanno rivelato una notevole dipendenza dalla profondità dei nanofori:le cavità più profonde di un micrometro hanno mostrato forti cali nell'efficienza di conversione della potenza da un massimo dell'8,3% a causa della dispersione della luce su superfici più ruvide e degli effetti di resistenza in serie più elevati.

"Il nostro semplice processo per realizzare dispositivi ibridi a nanofori di silicio può ridurre con successo i costi di fabbricazione che ostacolano l'industria delle celle solari, " dice Wang. "Inoltre, questo approccio può essere facilmente trasferito a film sottili di silicio per sviluppare celle solari ibride a film sottile di silicio-polimero con un'efficienza ancora maggiore".