En appliquant un revêtement sur des nanofils de silicium individuels, des chercheurs de Harvard et de Berkeley ont considérablement amélioré l'efficacité et la sensibilité des matériaux.

Les résultats, publié le 20 mai 2011, problème de Nano lettres , suggèrent que les fils revêtus sont prometteurs pour les photodétecteurs et les technologies de récupération d'énergie comme les cellules solaires.

En raison d'un grand rapport surface/volume, les nanofils souffrent généralement d'un taux de recombinaison de surface élevé, ce qui signifie que les charges photogénérées se recombinent plutôt que d'être collectées aux bornes. La durée de vie du porteur d'un nanofil basique est raccourcie de quatre à cinq ordres de grandeur, réduisant l'efficacité du matériau dans des applications telles que les cellules solaires à quelques pour cent.

"Les nanofils ont le potentiel d'offrir une conversion d'énergie élevée à faible coût, pourtant leur efficacité limitée les a retenus, " dit Kenneth Crozier, Professeur agrégé de génie électrique à la Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).

Avec leurs derniers travaux, Crozier et ses collègues ont démontré ce qui pourrait être une solution prometteuse. Réaliser des mesures de haute précision sur des nanofils simples recouverts d'une couche de silicium amorphe, l'équipe a montré une réduction spectaculaire de la recombinaison de surface.

La passivation de surface est utilisée depuis longtemps pour améliorer l'efficacité des puces de silicium. Jusqu'à maintenant, la passivation de surface des nanofils a été beaucoup moins explorée.

La création du revêtement qui passivait les surfaces des nanofils était un heureux accident. Lors de la préparation d'un lot de nanofils de silicium monocristallin, les scientifiques conjecturent, les petites particules d'or utilisées pour faire croître les nanofils se sont épuisées. Par conséquent, ils pensent, le revêtement de silicium amorphe a été simplement déposé sur les fils individuels.

Au lieu d'abandonner le lot, Crozier et son équipe ont décidé de le tester. Balayage des études photocourantes indiquées, étonnamment, réduction de presque cent fois de la recombinaison de surface. Globalement, les fils revêtus présentaient une augmentation de 90 fois de la photosensibilité par rapport aux fils non revêtus.

Co-auteur Yaping Dan, un stagiaire postdoctoral au laboratoire de Crozier qui a dirigé les expériences, suggère que la raison de l'efficacité accrue est que le revêtement étend physiquement les liaisons atomiques rompues à la surface du silicium monocristallin. À la fois, le revêtement peut également former une barrière de potentiel électrique élevé à l'interface, qui confine les porteurs de charge photogénérés à l'intérieur du silicium monocristallin.

"Pour autant que nous sachions, les scientifiques n'ont pas fait ce type de mesures de précision de passivation de surface au niveau de nanofils simples, " dit Crozier. " Le simple fait de mettre une fine couche de silicium amorphe sur un nanofil de silicium cristallin réduit la recombinaison de surface de près de deux ordres de grandeur. Nous pensons que le travail abordera certains des inconvénients des nanofils mais conservera leurs avantages. »

En raison de leur durée de vie accrue, les chercheurs s'attendent à ce que leurs fils offrent une efficacité de conversion d'énergie plus élevée lorsqu'ils sont utilisés dans des dispositifs à cellules solaires.