Pequeños cables podrían ayudar a los ingenieros a realizar células solares de alto rendimiento y otros dispositivos electrónicos, según investigadores de la Universidad de Illinois.

El grupo de investigación, dirigido por el profesor de ingeniería eléctrica e informática Xiuling Li, desarrolló una técnica para integrar nanocables semiconductores compuestos en obleas de silicio, superando desafíos clave en la producción de dispositivos. El equipo publicó sus resultados en la revista Nano letras .

Los semiconductores del grupo III-V (pronunciado tres-cinco) son prometedores para los dispositivos que cambian la luz por electricidad y viceversa. como células solares o láseres de alta gama. Sin embargo, no se integran perfectamente con el silicio, lo cual es un problema ya que el silicio es la plataforma de dispositivos más ubicua. Cada material tiene una distancia específica entre los átomos del cristal, conocida como la constante de celosía.

"El mayor desafío ha sido que los semiconductores III-V y el silicio no tienen las mismas constantes de celosía, "Dijo Li." No se pueden apilar uno encima del otro de una manera sencilla sin generar dislocaciones, que se pueden considerar como grietas a escala atómica ".

Cuando las celosías de cristal no se alinean hay un desajuste entre los materiales. Los investigadores suelen depositar materiales III-V sobre las obleas de silicio en una película delgada que cubre la oblea. pero el desajuste causa tensión e introduce defectos, degradando el rendimiento del dispositivo.

En lugar de una fina película, el equipo de Illinois cultivó una variedad de nanocables densamente empaquetados, diminutas hebras de semiconductor III-V que crecen verticalmente a partir de la oblea de silicio.

"La geometría de nanocables ofrece mucha más libertad de las restricciones de emparejamiento de celosía al disipar la energía de deformación por desajuste lateralmente a través de las paredes laterales, "Dijo Li.

Los investigadores encontraron condiciones para el cultivo de nanocables de diversas composiciones del arseniuro de galio indio semiconductor III-V. Su metodología tiene las ventajas de utilizar una técnica de crecimiento común sin la necesidad de tratamientos especiales o patrones en la oblea de silicio o los catalizadores metálicos que a menudo se necesitan para tales reacciones.

La geometría de nanocables proporciona el beneficio adicional de mejorar el rendimiento de la célula solar a través de una mayor absorción de luz y eficiencia de recolección de portadores. El enfoque de nanocables también utiliza menos material que las películas delgadas, reduciendo el costo.

"Este trabajo representa el primer informe sobre matrices de nanocables de semiconductores ternarios cultivadas en sustratos de silicio, que son verdaderamente epitaxiales, controlable en tamaño y dopaje, relación de aspecto alta, no ahusado, y ampliamente sintonizable en energía para la integración práctica de dispositivos, "dijo Li, afiliado al Laboratorio de Micro y Nanotecnología, el Laboratorio de Investigación de Materiales Frederick Seitz y el Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas de la U. de I.

Li cree que el enfoque de nanocables podría aplicarse ampliamente a otros semiconductores, habilitando otras aplicaciones que se han visto disuadidas por problemas de discrepancia. Próximo, Li y su grupo esperan demostrar pronto células solares en tándem de múltiples uniones basadas en nanocables con alta calidad y eficiencia.