L'augmentation de la rentabilité des dispositifs photovoltaïques est essentielle pour rendre ces sources d'énergie renouvelables compétitives par rapport aux combustibles fossiles traditionnels. Une possibilité consiste à utiliser des cellules solaires hybrides qui combinent des nanofils de silicium avec un faible coût, polymères photosensibles. La surface élevée et la nature confinée des nanofils leur permettent de piéger des quantités importantes de lumière pour le fonctionnement des cellules solaires. Malheureusement, ces minces, les structures en forme d'aiguilles sont très fragiles et ont tendance à se coller lorsque les fils deviennent trop longs.

Maintenant, Les découvertes de Xincai Wang de l'Institut de technologie de fabrication A*STAR de Singapour et de ses collègues de l'Université technologique de Nanyang pourraient renverser la vapeur sur les nanofils de silicium en améliorant la fabrication de « nanotrous » de silicium – des cavités étroites sculptées dans des plaquettes de silicium qui ont amélioré les performances mécaniques et capacités de récolte de lumière.

Les nanotrous sont particulièrement efficaces pour capturer la lumière car les photons peuvent ricocher plusieurs fois à l'intérieur de ces ouvertures jusqu'à ce que l'absorption se produise. Pourtant, une compréhension pratique de la façon de fabriquer ces minuscules structures fait toujours défaut. Un problème important, note Wang, est le contrôle des étapes initiales de la formation des nanotrous, une période cruciale qui peut souvent induire des défauts dans la cellule solaire.

Au lieu de la lithographie traditionnelle qui prend du temps, les chercheurs ont identifié un rapide, approche « sans masque » pour produire des nanotrous à l'aide de nanoparticules d'argent. D'abord, ils ont déposé une couche d'argent nanométrique sur une plaquette de silicium qu'ils ont durcie en la recuit à l'aide d'un laser ultraviolet à rafale rapide. Une optimisation minutieuse de cette procédure a donné des réseaux réguliers de nanosphères d'argent au-dessus de la surface de silicium, avec la taille et la distribution des sphères contrôlées par les conditions de recuit laser.

Prochain, le complexe nanosphère-silicium a été immergé dans une solution de peroxyde d'hydrogène et d'acide fluorhydrique, un mélange qui ronge les atomes de silicium directement sous les nanosphères d'argent catalytiques. L'élimination ultérieure des particules d'argent avec de l'acide a produit la finale, surface de silicium infusée de nanotrous (voir image).

L'équipe a analysé l'activité des cellules solaires de leurs interfaces de nanotrous en les enrobant d'un polymère semi-conducteur et d'électrodes métalliques. Leurs expériences ont révélé une dépendance remarquable vis-à-vis de la profondeur des nanotrous :des cavités plus profondes qu'un micromètre ont montré des baisses importantes de l'efficacité de conversion de puissance d'un maximum de 8,3 % en raison de la diffusion de la lumière sur des surfaces plus rugueuses et d'effets de résistance en série plus élevés.

"Notre processus simple de fabrication de dispositifs hybrides à nano-trous en silicium peut réduire avec succès les coûts de fabrication qui entravent l'industrie des cellules solaires, " dit Wang. " De plus, cette approche peut être facilement transférée aux couches minces de silicium pour développer des cellules solaires hybrides silicium-polymère à couche mince avec une efficacité encore plus élevée. »