Такое плотное расположение конусов вдохновило команду под руководством профессора Силке Кристиансена воспроизвести нечто подобное в кремнии в качестве поверхности для солнечных элементов и исследовать его пригодность для сбора и проведения света. Кристиансен возглавляет Институт наноархитектур для преобразования энергии в Центре им.
Гельмгольца в Берлине (HZB) и группу исследователей в Институте науки о свете Макса Планка (MPL).«В этой работе мы показали, что световые воронки поглощают значительно больше света, чем другие оптические конструкции, протестированные за последнее время», — говорит Себастьян Шмитт, один из двух первых авторов публикации, появившейся в известном журнале Nature Scientific Reports. .Небольшое изменение — большой эффект!Однако исследователи были удивлены тем, насколько велик эффект от этой архитектуры. Из предыдущих исследований было известно, что расположение очень тонких вертикальных цилиндров («ковер» из кремниевых нанопроволок) хорошо поглощает свет.
Но даже крошечные отклонения формы цилиндров вплоть до формы воронки увеличивали поглощение. По сравнению с ковром из нанопроволок, который исследовался в течение некоторого времени, поля воронки явно работают лучше.
Тем не менее, изготовление световых воронок не требует особых усилий и выполнимо с помощью обычных полупроводниковых процессов, таких как, например, реактивное ионное травление или влажное химическое травление. По сравнению с кремниевой пленкой такой же толщины слой световых воронок увеличивает поглощение солнечного света примерно на 65%.
«Наше моделирование позволило нам также объяснить, почему массивы световых воронок улавливают свет значительно лучше, чем ковер из нанопроволок (как показано в наших расчетах в этой публикации). Оптические моды в нанопроволоках взаимно интерферируют друг с другом. Таким образом, упорядоченные нанопроволоки поглощают свет менее эффективно, чем такое же количество одиночных нанопроволок. Прямо противоположное происходит со световыми воронками: непосредственно соседние световые воронки взаимно усиливают поглощение друг друга », — объясняет Шмитт.
Взгляд в будущее«После этого интересного первоначального результата мы продвигаемся вперед в различных направлениях», — говорит Кристиансен. Она и ее команда работают над улучшением тонкопленочных солнечных элементов на основе кремния и хотят превратить воронки в надежные конструкции элементов, которые можно было бы экономично реализовать на больших поверхностях. Они смогут получить доступ к опыту в Центре компетенции тонких пленок и нанотехнологий для фотогальваники в Берлине (PVcomB) HZB, где подразделение, возглавляемое профессором Рутгером Шлатманном, специализируется на масштабировании шаблонов, разработанных в лаборатории, и может быстро и эффективно внедрить технико-экономическое обоснование солнечных элементов большой площади. «Мы надеемся, что вы вскоре снова услышите о нашем сотрудничестве о солнечном элементе с воронкой 30 см x 30 см. Тем не менее, Себастьян Шмитт также работает над использованием воронок для других фотонных приложений в светодиодах и компонентах датчиков.
Первые пилотные исследования столь многообещающие «Мы уверены, что эти приложения не останутся мечтой», — говорит Кристиансен.