Проблема разработки методов получения гибких солнечных батарей занимает умы многих ученых-нанотехнологов. Существующие методики печати «с рулона на рулон» (roll-to-roll processing) вполне годятся и для таких сложных систем, что многократно увеличивает производительность процесса и снижает его себестоимость. До настоящего времени на основе гибких субстратов, таких как нержавеющая сталь и полимерные пленки, удавалось получить солнечные элементы лишь из аморфных или поликристаллических полупроводниковых материалов, что существенно снижало эффективность таких устройств по сравнению с использованием монокристаллов Si и GaAs.
В работе «Flexible Polymer-Embedded Si Wire Arrays» ученым удалось совместить высокую эффективность и гибкость солнечных элементов путем стабилизации кремниевых нитей в полимерной матрице. Массивы Si нитей были выращены по механизму "пар-жидкость-кристалл" на ориентированной подложке Si(111). В качестве прекурсора использовался SiCl4, синтез проводили при 1000˚С в атмосфере водорода. В результате удалось получить вертикально ориентированные кремниевые нити диаметром 1,5–2 мкм и длиной около 100 мкм. В качестве гибкой матрицы в работе использован полидиметилсилоксан. В ходе синтеза разбавленный раствор полимера наносили на кремниевую подложку, а затем выпаривали его и отжигали. Полимерную пленку механически отделяли от кремниевой основы с помощью бритвенного лезвия.
Полученные образцы демонстрируют высокое светопоглощение, несмотря на то, что чистый полидиметилсилоксан пропускает видимый свет, а кремниевые нити занимают лишь 6,5% площади образца. Исследования с помощью лазерной дифракции (рис. 1е) и сканирующей электронной микроскопии (рис. 2) показывают высокое упорядочение нитей в плоскости пленки. Они образуют плоскую кубическую упаковку с периодом порядка 7 мкм. Полученный материал демонстрирует хорошую проводимость вдоль направления роста нитей и большое сопротивление в перпендикулярном направлении. Толщина полимерной пленки составляет менее 50% процентов от длины Si нитей, оставляя их концы доступными для нанесения электрического контакта. Подобная морфология материала открывает большие перспективы для производства на его основе различных оптоэлектронных устройств.
Рис. 1.
Морфология кремниевых нитей перед нанесением полимерного слоя (а),
схема синтеза (b), фотографии готового материала (c, d)
и пример дифракционной картины полимерного образца (e).
Рис. 2. Исследование морфологии материала методом сканирующей электронной микроскопии.
Источник: Nanometer
