Et skridt til solcelleeffektivitet:Forskeres kemiske proces kan forbedre fremstillingen

Rice University-forskere har skabt en et-trins-proces til at producere højeffektive materialer, der lader den maksimale mængde sollys nå en solcelle.

Kemikeren Andrew Barrons Rice-laboratorium fandt en simpel måde at ætse nanoskala pigge ind i silicium, der tillader mere end 99 procent af sollys at nå cellernes aktive elementer, hvor det kan omdannes til elektricitet.

Forskningen af ​​Barron og Rice kandidatstuderende og hovedforfatter Yen-Tien Lu vises i Royal Society of Chemistry's Journal of Materials Chemistry A .

Jo mere lys absorberes af et solpanels aktive elementer, jo mere strøm vil den producere. Men lyset skal derhen. Belægninger i nuværende brug, der beskytter de aktive elementer, lader det meste lys passere, men reflekterer også noget. Forskellige strategier har skåret reflektansen ned til omkring 6 procent, Barron sagde, men antirefleksionen er begrænset til et specifikt lysområde, indfaldsvinkel og bølgelængde.

Indtast sort silicium, så navngivet, fordi den næsten ikke reflekterer lys. Sort silicium er simpelthen silicium med en meget tekstureret overflade af nanoskala pigge eller porer, der er mindre end lysets bølgelængde. Teksturen tillader effektiv opsamling af lys fra enhver vinkel - fra solopgang til solnedgang.

Barron og Lu har erstattet en to-trins proces, der involverede metalaflejring og strømløs kemisk ætsning med et enkelt trin, der fungerer ved stuetemperatur.

Den kemiske gryderet, der gør det muligt, er en blanding af kobbernitrat, fosforsyre, hydrogenfluorid og vand. Når det påføres en siliciumwafer, fosforsyren reducerer kobberionerne til kobbernanopartikler. Nanopartiklerne tiltrækker elektroner fra siliciumwaferens overflade, oxidere det og lade hydrogenfluorid brænde omvendte pyramideformede nanoporer ind i siliciumet.

Finjustering af processen resulterede i et sort siliciumlag med porer så små som 590 nanometer (milliarddele af en meter), der slipper igennem mere end 99 procent af lyset. (Til sammenligning, en ren, uætset siliciumwafer reflekterer næsten 100 procent af lyset.)

Barron sagde, at piggene stadig ville kræve en belægning for at beskytte dem mod elementerne, og hans laboratorium arbejder på måder at forkorte den otte timer lange proces, der er nødvendig for at udføre ætsningen i laboratoriet. Men letheden ved at skabe sort silicium i ét trin gør det langt mere praktisk end tidligere metoder, han sagde.