Login
Main menu

Optički 'nanorezonator' koji pojačava apsorpciju svijetla u poluvodičima, poboljšat će svojstva solarnih ćelija, kamera i drugih el. uređaja

Znanstvenici razvijaju optički 'nanocavity-nanorezonator' koji povećava količinu svjetlosti koju ultratanki poluvodiči apsorbiraju. Napredak može dovesti do moćnijih fotonaponskih ćelija, bržih video kamera, a moglo bi biti korisno i za cijepanje vode korištenjem energije iz svjetlosti, što bi moglo pomoći u razvoju vodika kao goriva.

140226110902-large

Snop svjetlosti u interakciji s optičkim nanokavitetom. Nanokavitet povećava apsorpciju svjetlosti u ultratankom poluvodiču.

Slika: Credit: Advanced Materials

 

 

Jednostavno rečeno, optički rezonator je raspored ogledala koji omogućuje zrakama svjetlosti putovati u zatvorenim stazama. Optički rezonatori nam omogućuju izgraditi naprave poput lasera i optičkih vlakana koja se koriste u modernim komunikacijskim sistemima.

Sada međunarodni istraživački tim dodatno gura koncept razvijanjem optičkog "nanokaviteta" koji povećava količinu svjetlosti koju ultratanki poluvodiči apsorbiraju. Napredak može dovesti do između ostalog još snažnijih fotonaponskih ćelija i bržih videokamera, također može biti koristan i za cijepanje vode korištenjem energije iz svjetlosti , što bi moglo pomoći u razvoju vodika kao goriva.
Tim sastavljen od studenata sa sveučilišta u Buffalu i dva kineska sveučilišta predstavio je svoje izume 24. veljače u časopisu Advanced Materials.


"Mi smo samo zagrebli po površini ali pripremni radovi koje smo učinili vrlo su obećavajući, rekao je Qiaoqiang Gan, PhD, glavni autor i UB docent elektrotehnike. Ovaj napredak mogao bi dovesti do velikih otkrića u prikupljanju energije i njezinoj konverziji, sigurnosnim sistemima i drugim područjima koja će imati koristi za čovječanstvo".

Poluvodiči čine osnovu suvremene elektronike. Oni manipuliraju protokom struje u elektroničkim uređajima. Najčešći od poluvodičkih materijala silicij, koristi se u proizvodnji mikročipova za mobilne telefone, računala i druge elektroničke uređaje.

Industrija je dosad držala korak s potražnjom za sve manjim, tanjim i snažnijim optoelektroničkim uređajima, jednim dijelom, smanjivanjem veličine poluvodiča koji se koriste u tim uređajima.

Problem je međutim da ti veoma tanki poluvodiči ne upijaju svjetlost kao i poluvodiči konvencionalnih veličina. Dakle postoji svojevrsni kompromis između optičke apsorpcijske sposobnosti ultratankih poluvodiča i njihove sposobnosti za proizvodnju električne energije.

Kao rezultat toga, znanstvenici širom svijeta pokušavaju pronaći načine za povećanje količine svjetlosti koju ultratanki poluvodič može apsorbirati. Istraživači sa sveučilišta Harvard nedavno su imali različite stupnjeve uspjeha kombiniranjem tankih filmova germanija i drugih poluvodiča na zlatnoj površini .

"Iako su rezultati impresivni zlato spada među najskuplje metale", rekao je Jiang Suhua , izvanredni profesor znanosti o materijalima na sveučilištu Fudan u Kini. Ilustrirali smo nanokavitet, napravljen od aluminija i drugih bjelkastih metala i legura koje su daleko jeftinije a  mogu se koristiti za povećanje količine svjetlosti koju poluvodički materijal upija".

Nanokavitet se sastoji od dna prema vrhu: aluminija, aluminijevog oksida i germanija. U eksperimentu svjetlost prolazi kroz germanij koji je debljine 1,5 do 3 nm, i kruži u zatvorenom putu preko aluminijevog oksida i aluminija.

Vršna stopa apsorpcije nalazila se na 90 posto, germanij upija otprilike 80 posto plavo-zelenog svjetla a na aluminij otpada ostala apsorpcija. To je idealano, rekao je Haomin Song (PhD kandidat na području elektrotehnike na Univerzitetu Buffalo, autor prve publikacije), jer najveći dio svjetlosti ostane unutar poluvodičkih materijala.

"Nanokavitet ima mnogo potencijalnih aplikacija na primjer možepojačati količinu svjetlosti koju solarne ćelije pretvaraju u električnu energiju. Mogli bi se ugrađivati na senzore fotoaparata poput onih koji se koriste za sigurnosne svrhe kod kojih se zahtijeva odziv velikih brzina. Također bi ova svojstva mogla biti korisna za fotokatalitičko cijepanje vode, što bi moglo pomoći da vodik kao gorivo postane stvarnost", rekao je Song.

Međutim prije nego se bilo što od toga dogodi potrebno je učiniti više istraživanja, pogotovo jer se odnosi na tehniku kojom bi poluvodiči pretvarali svijetlost u energiju a ne u toplinu.

Nacionalna zaklada za znanost podržala je ova istraživanja.
Izvor: University at Buffalo