Um dos maiores desafios do mundo hoje é a crise energética. A alta demanda e a baixa oferta de combustível fóssil estão elevando os preços do petróleo e dos alimentos. As células solares à base de silício são uma das tecnologias mais promissoras para a geração de energia limpa e renovável. Usar esses dispositivos para converter apenas uma fração da luz solar que atinge a Terra a cada dia em eletricidade pode cortar drasticamente a dependência da sociedade dos combustíveis fósseis. Infelizmente, Contudo, cristais de silício de alto grau exigem muito cuidado durante o processo de fabricação, fazendo do alto custo de produção resultante um dos principais obstáculos no caminho para a comercialização.

Uma maneira de reduzir o custo de produção dessas células solares é depositar camadas de silício em substratos mais baratos, como plástico ou vidro. Contudo, essa abordagem tem uma desvantagem:os filmes finos de silício têm menor eficiência de conversão de energia do que os cristais de silício em massa porque absorvem menos luz e contêm mais defeitos. Patrick Lo do A * STAR Institute of Microelectronics e colegas de trabalho descobriram agora uma abordagem para aumentar a eficiência de conversão de energia de filmes finos de silício depositados em substratos baratos.

Filmes finos de silício de baixo grau sofrem de um problema inerente:eles não podem absorver fótons cujos comprimentos de onda são maiores do que sua espessura. Por exemplo, um padrão, Filme fino de 800 nm de espessura pode capturar luz azul de comprimento de onda curto, mas perderá completamente a luz vermelha de comprimento de onda mais longo. “Para manter os custos de material baixos e melhorar a eficiência da luz, o truque é capturar mais fótons, incluindo aqueles com comprimentos de onda médios, ”Diz Lo.

Uma maneira de capturar mais fótons no filme fino de silício é esculpir minúsculos pilares de silício - com centenas de nanômetros de tamanho - na superfície do silício (veja a imagem). Lo explica que os nanopilares de silício são como uma floresta de árvores, em que a luz entra e não pode sair facilmente. “Quando a luz atinge a superfície, ele salta mais algumas vezes ao longo ou dentro dos pilares antes de penetrar na superfície plana inferior, ”Diz ele. “Cada evento de salto aumenta as chances de absorção de fótons.”

Lo e colegas de trabalho usaram simulações de computador para determinar a melhor configuração para extrair cargas elétricas dos filmes de silício cheios de defeitos. Eles descobriram que a parte superior de cada pilar pode se tornar extremamente condutiva com a introdução de grandes quantidades de dopantes. Lo e seus colegas de trabalho estão agora usando essas diretrizes práticas para projetar um protótipo desse conceito único. “Trabalhar com nanoestruturas é uma maneira maravilhosa de abrir caminhos que poderiam superar os limites impostos pela física convencional, ”Ele observa.