그래핀 위에 성장시킨 3-5족 나노와이어 태양전지

Illinois 대학의 연구자들은 시드와 기판이 필요 없는 그래핀 위에 직접 형성된 3-5족 나노와이어 어레이에서 새로운 성능 수준을 얻었다. 

그들은 처음으로 어떤 금속 촉매 또는 리소그라피 패터닝 없이 그래핀 위에 직접 성장시킨 InAs 줄기 위에 동축(coaxial) p-n 접합 InGaAs 나노와이어로 새로운 태양전지 아키텍처를 보였다. 

이번 연구에서 그들은 InGaAs 성장시 발생하는 상분리를 극복했고 성공적으로 단일상의 InGaAs를 성장시켜 매우 고무적인 태양전지 성능을 보여줬다. 

그들은 2차원 시트(그래핀)위에 bottom up으로 3-5족 나노와이어를 성장시키기 위해 van der Waals epitaxy라고 불리는 방법을 사용했다. Ga, In, 그리고 As 가스가 그래핀 시트가 놓여 있는 챔버로 주입되면 즉각적으로 나노와이어 자기 조립이 일어나고 그래핀 표면에 수직한 와이어가 밀한 카펫 형태로로 성장한다. 

이전 연구에서 연구자들은 그래핀 위에 자란 InGaAs 와이어는 자발적으로 InGaAs 껍데기가 바깥쪽에 있는 InAs 코어로 분리된다라는 것을 알았다. 이를 해결하기 위해 InGaAs 성장 중에 InAs segment를 주입하여 자발적인 상 분리를 유도하는 독특한 van der Waals epitaxy가 이용됐다.  

이렇게 자란 InGaAs 나노와이어는 수직하고, 뽀족하지 않고, 크기와 높이 그리고 도핑 제어가 가능하다. 또한 3상 조성 튜닝 범위가 넓어  2차원 van der Waals 시트(그래핀)와 monolithic heterogeneous intergration을 위한 에너지를 준다.  

AM1.5G 일광조도하에서 그래핀 위의 코어-셀 In0.25Ga0.75As (Eg ~ 1.1 eV) 나노와이어 어레이가 2.51%의 변환 효율을 나타냈다.  

참고: http://www.sciencenewsline.com/articles/2014032416460065.html