Winzige Strukturen versprechen große Effizienz
Silizium (Si), der aktuelle Standard in der Photovoltaik-Industrie, hat einen beschränkten Wellenlängenbereich, den es "sehen «und absorbieren kann. Wenn jedoch verspanntes Si mit leichten Ionen bestrahlt wird, bilden sich winzige mit Hohlräumen versehene Strukturen. Diese Nanodots und Nanovoids weisen elektronische und optische Eigenschaften auf, die in Photovoltaik-Anwendungen bisher noch nicht untersucht wurden. Forscher initiierten das Projekt NOVOSIP (Nano-voids in strained silicon for plasmonics), um zu erkunden, ob sich durch die Verwendung von Nanodots und Nanovoids die Effizienz der einkristallinen Si-Photovoltaik verbessern lässt. Zu diesem Zweck erzeugt sie solche plasmonische Strukturen in einer einzigartigen photovoltaischen Vorrichtungskonfiguration aus Si-Zinn (Sn) und Si-Schichten, die zusammengefügt wurden. Nanodots und Nanovoids wurden in der hochdotierten Emitterschicht nahe dem pn-Übergang angebracht, um Nahfeld-Effekte zu verlängern. Diese Effekte sollten zur Trägervervielfachung beitragen und die Lichtstreuung erhöhen, was die Sonnenlichtabsorption verbessern soll. Die Forscher verwendeten dann verschiedene Methoden, um die strukturellen, optischen und elektronischen Eigenschaften der einzelnen Schichten zu untersuchen. Durch Hochtemperatur-Ionenbestrahlung der Si / SiSn / Si-Struktur, erhielt das NOVOSIP-Team sphärische Nanovoids in angespannte Sn-Niederschlägen in Nanometer-Größe Mit Kohlenstoff-Ionenimplantation und anschließender thermischer Behandlung, beobachteten sie die Bildung von Kohlenstoff-Nanoflocken. Die kristalline Struktur der Flocken erlaubte die Aufnahme aller Lichtwellenlängen, die möglicherweise die Energieumwandlungsrate erhöhen. Ein innovatives Konzept wurde auch für die Selbstorganisation von metallischen Nanokugeln in der gespannten Si / SiSn / Si-Struktur vorgeschlagen und demonstriert. Die Ergebnisse der theoretischen Untersuchungen und numerischen Simulationen, die verschiedene Effekte von Plasmonen-Resonanz reproduzierten, halfen den Forschern einen besonderen Beitrag zu den experimentellen Beobachtungen zu leisten. Auf wenn sich die Arbeit von NOVOSIP in einem frühen Stadium befindet, stellt sie einen vielversprechenden Weg für die einkristalline Si-Solarzellen-Forschung dar. Die winzigen plasmonischen Strukturen, die in verspannten Si-Multischichten gebildet wurden, ermöglichen eine verbesserte Lichtsammlung zu niedrigen Kosten. Darüber hinaus sind potentielle Anwendungen bereits für Gaserkundung und lichtemittierende Vorrichtungen vorgesehen.
Schlüsselbegriffe
Photovoltaik-Zellen, Silizium, nanodots, nanovoids, NOVOSIP, Plasmonik, Energieumwandlung