(Phys.org) - Os pesquisadores que criam eletricidade por meio da energia fotovoltaica desejam converter o máximo possível dos comprimentos de onda do sol para atingir a eficiência máxima. De outra forma, eles estão comendo apenas uma pequena parte de um pato baleado:perdendo tempo e dinheiro usando apenas um pouquinho das energias do sol.

Por esta razão, eles veem o nitreto de índio-gálio como um material futuro valioso para sistemas fotovoltaicos. Alterar a concentração de índio permite que os pesquisadores sintonizem a resposta do material para que ele colete energia solar de uma variedade de comprimentos de onda. Quanto mais variações forem projetadas no sistema, quanto mais do espectro solar pode ser absorvido, levando ao aumento da eficiência da célula solar. Silício, o padrão atual da indústria fotovoltaica, é limitado na faixa de comprimento de onda que pode "ver" e absorver.

Mas há um problema:nitreto de índio e gálio, parte de uma família de materiais chamados III-nitretos, é normalmente cultivado em filmes finos de nitreto de gálio. Como as camadas atômicas de nitreto de gálio têm espaçamentos de rede cristalina diferentes das camadas atômicas de nitreto de gálio, a incompatibilidade leva a uma tensão estrutural que limita a espessura da camada e a porcentagem de índio que pode ser adicionado. Assim, aumentar a porcentagem de índio adicionado amplia o espectro solar que pode ser coletado, mas reduz a capacidade do material de tolerar a tensão.

Os cientistas do Sandia National Laboratories, Jonathan Wierer Jr. e George Wang, relataram na revista Nanotechnology que, se a mistura de índio for cultivada em uma falange de nanofios, em vez de em uma superfície plana, as pequenas áreas de superfície dos nanofios permitem que a camada de cobertura de índio "relaxe" parcialmente ao longo de cada fio, aliviar a tensão. Esse relaxamento permitiu que a equipe criasse uma célula solar de nanofio com porcentagens de índio de aproximadamente 33 por cento, maior do que qualquer outra tentativa relatada de criar células solares de nitreto III.

Esta tentativa inicial também reduziu a absorção de energia de base de 2,4eV para 2,1 eV, o mais baixo de qualquer célula solar de nitreto III até hoje, e disponibilizou uma gama mais ampla de comprimentos de onda para conversão de energia. As eficiências de conversão de energia eram baixas - apenas 0,3 por cento em comparação com uma célula comercial padrão que zumbe a cerca de 15 por cento - mas a demonstração ocorreu em modelos de matriz de nanofios imperfeitos. Refinamentos devem levar a eficiências mais altas e energias ainda mais baixas.

Várias técnicas exclusivas foram usadas para criar a célula solar de arranjo de nanofios de nitreto III. Um processo de fabricação de cima para baixo foi usado para criar a matriz de nanofios mascarando uma camada de nitreto de gálio (GaN) com uma máscara de sílica coloidal, seguido de corrosão seca e úmida. A matriz resultante consistia em nanofios com paredes laterais verticais e altura uniforme.

Próximo, camadas de concha contendo a maior porcentagem de índio de nitreto de índio e gálio (InGaN) foram formadas no modelo de nanofio de GaN via deposição de vapor químico orgânico de metal. Por último, Em 0,02 Ga0,98N foi crescido, de tal forma que causou a coalescência dos nanofios. Este processo produziu uma camada de dossel no topo, facilitando o processamento planar simples e tornando a tecnologia manufaturável.

Os resultados, diz Wierer, embora modesto, representam um caminho promissor para a pesquisa de células solares de nitreto III. A nanoarquitetura não só permite maior proporção de índio nas camadas InGaN, mas também aumenta a absorção por meio de dispersão de luz na camada de dossel InGaN facetada, bem como vazios de ar que orientam a luz dentro da matriz de nanofios.