Le silicium est facilement disponible, facile à traiter, très stable et non toxique. C'est aussi l'un des meilleurs matériaux pour fabriquer des cellules solaires. La haute qualité et la pureté du silicium nécessaires à la fabrication des cellules solaires à base de silicium les plus efficaces, cependant, a rendu difficile la baisse des coûts de production de cette technologie d'énergie renouvelable. Une approche qui pourrait réduire les coûts consiste à utiliser un film de silicium microscopiquement mince avec une surface texturée pour améliorer l'absorption de la lumière. Navab Singh de l'A*STAR Institute of Microelectronics et ses collègues ont maintenant mis en évidence plusieurs facteurs clés affectant l'efficacité de conversion de puissance des cellules solaires à couche mince à texture de surface et ont proposé une conception « nanopillaire » qui maximise l'absorption de la lumière et minimise la production frais.

Les cellules solaires au silicium à couche mince les plus performantes à l'heure actuelle ont des rendements qui sont environ la moitié de ceux des cellules solaires au silicium en vrac conventionnelles. "En étudiant une variété de conceptions de nanopiliers verticaux appropriées, nous pouvons améliorer l'efficacité de piégeage et de collecte de la lumière des films minces pour compenser la perte d'efficacité causée par la qualité et la quantité réduites des matériaux, ", dit Singh.

Les chercheurs ont étudié divers facteurs susceptibles d'affecter les performances d'une cellule solaire à couche mince. Ces facteurs comprennent le diamètre et la longueur du nanopilier, ainsi que l'espacement entre les nanopiliers (voir image). La conception des couches chargées positivement et négativement dans les cellules solaires qui sont nécessaires pour séparer les porteurs électriques créés par la lumière absorbée est tout aussi importante.

Les simulations des chercheurs ont montré que l'épaisseur de la couche chargée négativement sur le côté extérieur des piliers doit être aussi mince que possible afin de réduire l'absorption «parasitaire» - l'annihilation des porteurs générés par la lumière avant qu'ils ne traversent la jonction entre les couches où ils contribueraient à la production d'électricité. Ils ont également constaté qu'une conception de jonction axiale dans laquelle la jonction entre les couches positives et négatives est confinée tout en haut des piliers conduit à une tension en circuit ouvert plus élevée par rapport aux structures de jonction radiales plus conventionnelles dans lesquelles la couche négative s'enroule autour de l'ensemble piliers. Pourtant, ils ont trouvé que l'inverse était vrai pour le courant en circuit ouvert.

Singh et ses collaborateurs montrent donc qu'un équilibre de ces facteurs est nécessaire afin d'optimiser les conceptions pour l'efficacité de conversion lumière-puissance dans les structures à couche mince texturées en surface, ce qui pourrait éventuellement conduire à des cellules solaires en silicium à couche mince capables d'égaler l'efficacité des cellules solaires en silicium monocristallin plus chères.