L'un des défis majeurs dans le monde aujourd'hui est la crise énergétique. La forte demande et la faible offre de combustibles fossiles font grimper les prix du pétrole et des denrées alimentaires. Les cellules solaires à base de silicium sont l'une des technologies les plus prometteuses pour générer une énergie propre et renouvelable. L'utilisation de ces appareils pour convertir seulement une fraction de la lumière du soleil qui frappe la terre chaque jour en électricité pourrait réduire considérablement la dépendance de la société aux combustibles fossiles. Malheureusement, cependant, les cristaux de silicium de haute qualité exigent un grand soin pendant le processus de fabrication, faisant du coût de production élevé qui en résulte l'un des principaux obstacles sur la voie de la commercialisation.

Une façon de réduire le coût de production de ces cellules solaires est de déposer des couches de silicium sur des substrats moins chers tels que le plastique ou le verre. Cependant, cette approche présente un inconvénient :les films minces de silicium ont des rendements de conversion de puissance inférieurs à ceux des cristaux de silicium massifs car ils absorbent moins de lumière et contiennent plus de défauts. Patrick Lo de l'Institut de microélectronique A*STAR et ses collègues ont maintenant découvert une approche pour augmenter l'efficacité de conversion de puissance des couches minces de silicium déposées sur des substrats bon marché.

Les films minces de silicium de faible qualité souffrent d'un problème inhérent :ils ne peuvent pas absorber les photons dont les longueurs d'onde sont supérieures à l'épaisseur de leur film. Par exemple, une référence, Un film mince de 800 nm d'épaisseur peut capturer la lumière bleue à courte longueur d'onde, mais manquera complètement la lumière rouge de longueur d'onde plus longue. « Pour réduire les coûts des matériaux et améliorer l'efficacité lumineuse, l'astuce consiste à piéger plus de photons, y compris ceux avec des longueurs d'onde moyennes, " dit Lo.

Une façon de piéger plus de photons dans le film mince de silicium consiste à sculpter de minuscules piliers de silicium - des centaines de nanomètres de taille - dans la surface du silicium (voir image). Lo explique que les nanopiliers de silicium sont comme une forêt d'arbres, dans laquelle la lumière entre et ne peut pas facilement sortir. « Quand la lumière frappe la surface, il rebondit encore quelques fois le long ou à l'intérieur des piliers avant de pénétrer la surface plane inférieure, " dit-il. "Chaque événement de rebond augmente les chances d'absorption de photons."

Lo et ses collègues ont utilisé des simulations informatiques pour déterminer la meilleure configuration pour extraire les charges électriques des films de silicium remplis de défauts. Ils ont découvert que la partie supérieure de chaque pilier peut être rendue extrêmement conductrice en introduisant de grandes quantités de dopants. Lo et ses collègues utilisent maintenant ces directives pratiques pour concevoir un prototype de ce concept unique. « Travailler avec des nanostructures est une merveilleuse façon d'ouvrir des voies qui pourraient dépasser les limites fixées par la physique conventionnelle, », note-t-il.