O silício está prontamente disponível, fácil de processar, altamente estável e não tóxico. É também um dos melhores materiais para a fabricação de células solares. A alta qualidade e pureza do silício necessárias para a fabricação das células solares à base de silício mais eficientes, Contudo, dificultou a redução dos custos de produção dessa tecnologia de energia renovável. Uma abordagem que poderia reduzir custos é usar uma película microscopicamente fina de silício com uma superfície texturizada para aumentar a absorção de luz. Navab Singh no A * STAR Institute of Microelectronics e colegas de trabalho destacaram agora vários fatores-chave que afetam a eficiência de conversão de energia de células solares de película fina com textura de superfície e apresentam um design "nanopilar" que maximiza a absorção de luz e minimiza a produção custos.

As células solares de silício de filme fino de melhor desempenho atualmente têm eficiências que são cerca de metade das células solares de silício em massa convencionais. “Ao investigar uma variedade de projetos de nanopilares verticais adequados, podemos melhorar a eficiência de captura e coleta de luz de filmes finos para compensar a perda de eficiência causada pela redução da qualidade e quantidade do material, ”Diz Singh.

Os pesquisadores investigaram vários fatores que podem afetar o desempenho de uma célula solar de película fina. Esses fatores incluem o diâmetro e o comprimento do nanopilar, bem como o espaçamento entre nanopilares (ver imagem). Da mesma forma importante é o design das camadas carregadas positiva e negativamente nas células solares que são necessárias para separar os portadores elétricos criados pela luz absorvida.

As simulações dos pesquisadores mostraram que a espessura da camada carregada negativamente no lado externo dos pilares deve ser tão fina quanto possível, a fim de reduzir a absorção "parasitária" - a aniquilação de portadores gerados pela luz antes de cruzarem a junção entre as camadas onde eles contribuiriam para a geração de energia elétrica. Eles também descobriram que um projeto de junção axial em que a junção entre as camadas positiva e negativa está confinada ao topo dos pilares leva a uma tensão de circuito aberto mais alta em comparação com estruturas de junção radial mais convencionais em que a camada negativa envolve todo o pilares. No entanto, eles descobriram que o inverso é verdadeiro para a corrente de circuito aberto.

Singh e seus colegas de trabalho, portanto, mostram que um equilíbrio desses fatores é necessário a fim de otimizar projetos para eficiência de conversão de luz em energia em estruturas de película fina de textura superficial, o que poderia eventualmente levar a células solares de silício de filme fino que são capazes de igualar a eficiência das células solares de silício monocristalino mais caras.