La fovea centralis, o fovea in breve, si trova nel mezzo della Macula lutea (o macula) della retina, dove l'esile, i coni oculari a forma di imbuto sono particolarmente ravvicinati. Vediamo un'immagine con la massima acutezza in questa piccola regione perché ogni cono è collegato a una cellula nervosa.

Questa disposizione fitta di coni ha ora ispirato il team guidato dal Prof. Silke Christiansen a replicare qualcosa di simile nel silicio come superficie per le celle solari e a studiarne l'idoneità a raccogliere e condurre la luce. Christiansen dirige l'Istituto per le nanoarchitetture per la conversione dell'energia presso l'Helmholtz-Zentrum di Berlino (HZB) e un gruppo di ricerca presso l'Istituto Max Planck per la scienza della luce (MPL).

"In questo lavoro abbiamo dimostrato che gli imbuti luminosi assorbono molta più luce rispetto ad altre architetture ottiche testate negli ultimi tempi", dice Sebastian Schmitt, uno dei primi due autori della pubblicazione apparsa sulla rinomata rivista Nature Rapporti scientifici .

Piccolo cambiamento - grande effetto!

I ricercatori sono rimasti sorpresi di quanto fosse grande l'effetto di questa architettura, però. Era noto da studi precedenti che le disposizioni di cilindri verticali molto sottili (un "tappeto" di nanofili di silicio) assorbono bene la luce. Ma anche piccole deviazioni nella forma dei cilindri fino alla forma di un imbuto aumentavano l'assorbimento. Rispetto al tappeto di nanofili da tempo indagato, i campi della canalizzazione hanno prestazioni nettamente migliori.

Tuttavia, la produzione degli imbuti leggeri non richiede uno sforzo particolare ed è fattibile con processi a semiconduttore convenzionali come l'incisione con ioni reattivi o l'incisione chimica umida, Per esempio. Rispetto ad un film di silicio dello stesso spessore, uno strato di imbuti luminosi aumenta l'assorbimento della luce solare di circa il 65%.

"La nostra modellazione ci ha permesso di fornire anche una spiegazione del perché le matrici di imbuti di luce intrappolano la luce molto meglio di un tappeto di nanofili (come mostrato nei nostri calcoli in questa pubblicazione) Le modalità ottiche nei nanofili interferiscono reciprocamente tra loro. Un campo di i nanofili disposti in serie assorbono quindi la luce in modo meno efficiente di quanto potrebbe fare un numero identico di singoli nanofili. Con gli imbuti di luce accade esattamente l'opposto:gli imbuti di luce immediatamente vicini rafforzano reciprocamente l'assorbimento dell'altro", spiega Schmitt

Uno sguardo al futuro

"A seguito di questo interessante risultato iniziale, andiamo avanti in varie direzioni", dice Christiansen. Lei e il suo team stanno lavorando ulteriormente per migliorare le celle solari a film sottile basate sul silicio e vogliono costruire gli imbuti in robusti progetti di celle che possono essere realizzati economicamente su grandi superfici. Potranno accedere alle competenze presso il Competence Center Thin-Film- and Nanotechnology for Photovoltaics Berlin (PVcomB) di HZB, dove la divisione guidata dal Prof. Rutger Schlatmann si è specializzata nello scalare modelli sviluppati in laboratorio e può implementare rapidamente ed efficientemente studi di fattibilità per celle solari di grande superficie. "Ci auguriamo che sentirete presto di nuovo notizie della nostra collaborazione su una cella solare a imbuto di 30 cm x 30 cm. Sebastian Schmitt sta anche lavorando sull'utilizzo degli imbuti per altre applicazioni fotoniche nei LED e nei componenti dei sensori, anche se. I primi studi pilota sono così promettenti che siamo fiduciosi che queste applicazioni non dovranno rimanere la materia dei sogni", Christiansen offre.