De minuscules fils pourraient aider les ingénieurs à réaliser des cellules solaires hautes performances et d'autres appareils électroniques, selon des chercheurs de l'Université de l'Illinois.

Le groupe de recherche, dirigé par le professeur de génie électrique et informatique Xiuling Li, développé une technique pour intégrer des nanofils semi-conducteurs composés sur des plaquettes de silicium, surmonter les principaux défis de la production d'appareils. L'équipe a publié ses résultats dans la revue Lettres nano .

Les semi-conducteurs du groupe III-V (prononcé trois-cinq) sont prometteurs pour les appareils qui transforment la lumière en électricité et vice-versa, comme les cellules solaires haut de gamme ou les lasers. Cependant, ils ne s'intègrent pas parfaitement au silicium, ce qui est un problème puisque le silicium est la plate-forme d'appareils la plus omniprésente. Chaque matériau a une distance spécifique entre les atomes du cristal, connue sous le nom de constante de réseau.

"Le plus grand défi a été que les semi-conducteurs III-V et le silicium n'ont pas les mêmes constantes de réseau, " a déclaré Li. "Ils ne peuvent pas être empilés les uns sur les autres de manière simple sans générer de luxations, qui peuvent être considérées comme des fissures à l'échelle atomique."

Quand les réseaux cristallins ne s'alignent pas, il y a un décalage entre les matériaux. Les chercheurs déposent généralement des matériaux III-V sur des plaquettes de silicium dans un film mince qui recouvre la plaquette, mais le décalage provoque des tensions et introduit des défauts, dégradant les performances de l'appareil.

Au lieu d'un film mince, l'équipe de l'Illinois a développé un réseau dense de nanofils, de minuscules brins de semi-conducteur III-V qui poussent verticalement à partir de la plaquette de silicium.

"La géométrie des nanofils offre beaucoup plus de liberté par rapport aux restrictions d'appariement de réseau en dissipant l'énergie de déformation de décalage latéralement à travers les parois latérales, " dit Li.

Les chercheurs ont trouvé des conditions pour la croissance de nanofils de diverses compositions de l'arséniure de gallium et d'indium semi-conducteur III-V. Leur méthodologie a l'avantage d'utiliser une technique de croissance commune sans avoir besoin de traitements ou de motifs spéciaux sur la plaquette de silicium ou les catalyseurs métalliques qui sont souvent nécessaires pour de telles réactions.

La géométrie des nanofils offre l'avantage supplémentaire d'améliorer les performances des cellules solaires grâce à une plus grande absorption de la lumière et une plus grande efficacité de collecte des porteurs. L'approche nanofil utilise également moins de matériau que les films minces, réduire le coût.

"Ce travail représente le premier rapport sur les réseaux de nanofils semi-conducteurs ternaires cultivés sur des substrats de silicium, qui sont vraiment épitaxiées, contrôlable en taille et en dopage, Rapport d'aspect élevé, non conique, et largement réglable en énergie pour une intégration pratique des appareils, " dit Li, qui est affilié au Laboratoire de Micro et Nanotechnologies, le Laboratoire de recherche sur les matériaux Frederick Seitz et le Beckman Institute for Advanced Science and Technology de l'U. of I.

Li pense que l'approche des nanofils pourrait être largement appliquée à d'autres semi-conducteurs, activer d'autres applications qui ont été découragées par des problèmes de non-concordance. Prochain, Li et son groupe espèrent bientôt faire la démonstration de cellules solaires en tandem à plusieurs jonctions à base de nanofils de haute qualité et efficacité.