LOS NANOCABLES PODRÍAN SER UNA SOLUCIÓN DE ALTO RENDIMIENTO PARA LAS CELDAS SOLARES.

8 de Noviembre de 2011.

Cables diminutos podrían ayudar a los ingenieros a hacer realidad el alto rendimiento para las celdas solares y otros aparatos electrónicos, de acuerdo con los investigadores de la Universidad de Illinois.

 El grupo de investigación, dirigido por el profesor de ingeniería eléctrica e informática, Xiuling Li, desarrolló una técnica para integrar nanocables semiconductores compuestos en láminas de silicio, la superación de los retos, clave en la producción de dispositivos. El equipo publicó sus resultados en la revista Nano Letters.

InGaAs: Las celdas solares (abajo) hechas con matrices de nanohilos. Los ingenieros pueden optimizar el rendimiento mediante el uso de nanocables de diferente composición y espesor (arriba). Gráfico por: Xiuling Li.

 En el grupo de semiconductores III-V (que se pronuncia de tres a cinco) son prometedores para los dispositivos que cambian la luz en electricidad y viceversa, como para las celdas solares o los rayos láser de gama alta. Sin embargo, no se integran a la perfección con el silicio, que es un problema, ya que el silicio es la plataforma del dispositivo más ubicua. Cada material tiene una distancia específica entre los átomos en el cristal, conocida como la constante de red.
 

El grupo del profesor Xiuling Li ha desarrollado un método para aumentar nanocables semiconductores en láminas de silicio que es una promesa para aplicaciones de dispositivos avanzados, incluyendo las células solares. | Gráfico por: Xiuling Li.

"El mayor desafío ha sido que los semiconductores III-V y de silicio no tienen las mismas constantes de red", dijo Li. "No pueden ser apilados uno encima del otro de una manera directa, sin generar trastornos, que pueden ser considerados como grietas a escala atómica."

 Cuando las redes cristalinas no se alinean, hay un desajuste entre los materiales. Los investigadores suelen depositar materiales III-V en la parte superior de las láminas de silicio en una película delgada que cubre la lámina, pero la falta de correspondencia causa tensión y presenta defectos, degradando el rendimiento del dispositivo.
En lugar de una fina película, el equipo de Illinois aumentó un conjunto densamente poblada de nanocables, pequeñas hebras de semiconductores III-V, que crecen de forma vertical, desde la lámina de silicio.

 "La geometría de los nanocables ofrece mucha más libertad desde las coincidencias de la red mediante la disipación de las restricciones del desajuste de la energía de deformación lateralmente a través de las paredes laterales", dijo Li.
Los investigadores encontraron que las condiciones para el crecimiento de los nanocables de diferente composicion, de arseniuro de galio indio en los semiconductores III-V. Su metodología tiene la ventaja de utilizar una técnica común de crecimiento sin necesidad de ningún tratamiento especial o patrón en la lámina de silicio o los catalizadores de metal que a menudo son necesarios para este tipo de reacciones.

 La geometría de los nanocables ofrece el beneficio adicional de mejorar el rendimiento de las celdas solares a través de una mayor absorción de la luz y la eficiencia de recolección del portador. El enfoque de nanocables también utiliza menos material que las películas delgadas, lo que reduce el costo.
"Este trabajo representa el primer informe sobre las matrices de nanohilos semiconductores ternarios creciendo en sustratos de silicio, que son realmente epitaxial, regulable en tamaño y en el implante, aspecto de alta proporción , no en forma de cono, y ampliamente sintonizables en energía para la integración de dispositivos prácticos", dijo Li, que está afiliado con el Laboratorio de Micro y Nanotecnología, el Laboratorio de Investigación de Materiales Frederick Seitz y el Instituto Beckman para la Ciencia avanzada y Tecnología de la Universidad de Illinois.

 Li cree que el enfoque de nanocables podría aplicarse ampliamente a otros semiconductores, permitiendo otras aplicaciones que han sido disuadidas por las preocupaciones de un desajuste. Después, Li y su grupo esperan pronto demostrar nanocables basado en un tándem de celdas solares multi-unión de alta calidad y eficiencia.

Fuente: U. de Illinois, News Bureau.