Fios minúsculos podem ajudar os engenheiros a criar células solares de alto desempenho e outros eletrônicos, de acordo com pesquisadores da Universidade de Illinois.

O grupo de pesquisa, liderado pelo professor de engenharia elétrica e da computação Xiuling Li, desenvolveu uma técnica para integrar nanofios semicondutores compostos em bolachas de silício, superando os principais desafios na produção de dispositivos. A equipe publicou seus resultados no jornal Nano Letras .

Semicondutores no grupo III-V (pronuncia-se três-cinco) são promissores para dispositivos que transformam luz em eletricidade e vice-versa, como células solares de última geração ou lasers. Contudo, eles não se integram com o silício perfeitamente, o que é um problema, pois o silício é a plataforma de dispositivo mais onipresente. Cada material tem uma distância específica entre os átomos do cristal, conhecida como constante de rede.

"O maior desafio é que os semicondutores III-V e o silício não têm as mesmas constantes de rede, "Li disse." Eles não podem ser empilhados uns sobre os outros de maneira direta, sem gerar deslocamentos, que podem ser considerados como rachaduras em escala atômica. "

Quando as redes de cristal não se alinham, há uma incompatibilidade entre os materiais. Os pesquisadores geralmente depositam materiais III-V no topo de wafers de silício em uma película fina que cobre o wafer, mas a incompatibilidade causa tensão e introduz defeitos, degradando o desempenho do dispositivo.

Em vez de uma película fina, a equipe de Illinois desenvolveu uma matriz densamente compactada de nanofios, minúsculos fios de semicondutor III-V que crescem verticalmente a partir da pastilha de silício.

"A geometria do nanofio oferece muito mais liberdade de restrições de correspondência de rede, dissipando a energia de tensão incompatível lateralmente através das paredes laterais, "Li disse.

Os pesquisadores encontraram condições para o crescimento de nanofios de várias composições do arsenieto de gálio e índio semicondutor III-V. Sua metodologia tem a vantagem de usar uma técnica de crescimento comum sem a necessidade de qualquer tratamento especial ou padronização no wafer de silício ou nos catalisadores de metal que são frequentemente necessários para tais reações.

A geometria do nanofio oferece o benefício adicional de aprimorar o desempenho da célula solar por meio de maior absorção de luz e eficiência de coleta de transportadores. A abordagem de nanofios também usa menos material do que filmes finos, reduzindo o custo.

"Este trabalho representa o primeiro relatório sobre matrizes de nanofios semicondutores ternários cultivados em substratos de silício, que são verdadeiramente epitaxiais, controlável em tamanho e dopagem, Alta proporção, não cônico, e amplamente ajustável em energia para integração prática de dispositivos, "disse Li, que é afiliado ao Laboratório de Micro e Nanotecnologia, o Laboratório de Pesquisa de Materiais Frederick Seitz e o Instituto Beckman de Ciência e Tecnologia Avançada na U. de I.

Li acredita que a abordagem do nanofio pode ser amplamente aplicada a outros semicondutores, habilitar outros aplicativos que foram impedidos por questões de incompatibilidade. Próximo, Li e seu grupo esperam em breve demonstrar células solares em tandem de múltiplas junções baseadas em nanofios com alta qualidade e eficiência.