Покрытие состоит из тысяч крошечных стеклянных шариков, толщиной всего около одной сотой человеческого волоса. Когда солнечный свет попадает на покрытие, световые волны направляются вокруг гранулы наноразмеров, подобно тому, как звуковые волны проходят вокруг изогнутой стены, такой как купол в соборе Святого Павла в Лондоне.
В таких изогнутых конструкциях, известных как галереи акустического шепота, человек, стоящий возле одной части стены, легко слышит слабый звук, исходящий из любой другой части стены.Шепчущие галереи для света были разработаны около десяти лет назад, но исследователи только недавно исследовали их использование в покрытиях солнечных элементов.
В экспериментальной установке, разработанной командой, в которую входил Донхон Ха из NIST и Наноцентр Университета Мэриленда, свет, захваченный покрытием нанорезонатора, в конечном итоге просачивается наружу и поглощается нижележащим солнечным элементом, изготовленным из арсенида галлия.Используя лазер в качестве источника света для возбуждения отдельных нанорезонаторов в покрытии, команда обнаружила, что солнечные элементы с покрытием поглощают в среднем на 20 процентов больше видимого света, чем голые.
Измерения также показали, что ячейки с покрытием производили примерно на 20 процентов больше тока.По словам Ха, это первое исследование, демонстрирующее эффективность покрытий с использованием прецизионных наноразмерных измерений. «Хотя расчеты показали, что покрытия улучшат работу солнечных элементов, мы не смогли доказать, что это так, пока не разработали необходимые технологии измерения в наномасштабе», — отметил он.Эта работа была описана в недавнем выпуске Nanotechnology Ха, соавтором Йоханом Юном из NIST и NanoCenter в Мэриленде и физиком NIST Николаем Житеневым.Команда также разработала быстрый и менее затратный метод нанесения нанорезонаторного покрытия.
Исследователи ранее покрывали полупроводниковый материал, погружая его в ванну с раствором нанорезонатора. Метод окунания требует времени и покрывает обе стороны полупроводника, даже если обработка требует только одной стороны.В методе команды капли раствора нанорезонатора помещаются только с одной стороны солнечного элемента.
Затем металлический стержень с проволочной обмоткой протягивается через ячейку, распределяя раствор и образуя покрытие из плотно упакованных нанорезонаторов. Это первый случай, когда исследователи применили стержневой метод, который использовался более века для покрытия материала в заводских условиях, к солнечному элементу из арсенида галлия.
«Это недорогой процесс, совместимый с массовым производством», — сказал Ха.