美新式单一步骤制程提高黑矽太阳能电池转换效率

美国莱斯大学(Rice University)的科学家已经开发出一种新的材料生产制程,透过在矽晶蚀刻出奈米级突起或孔隙使达到太阳能电池的阳光最大化,从而让99%以上的阳光都能接触到电池活性元素。

太阳能面板活性元素吸收的光越多,所产生的能量就越大。但总得有阳光到达才行。目前用来保护活性元素的涂层虽然可让大部分的光线通过,但有一部份却会被反射掉。尽管透过各种途径可让反射程度改善6%,但这些方式却也限制了光线的范围、入射角与波长。

「黑矽」(black Slicon)则几乎不反射光线,并且具有比光波长更小的奈米级突起或孔隙所形成的高度表面纹理。无论是日出到日落,这种纹理表面均有助于从任何角度有效率地收集到光线。

莱斯大学的化学家Andrew Barron与Yen-Tien Lu采用一种可在室温下作业的单一步骤制程,取代了以往结合金属沉积和化学蚀刻的2步骤制程。

研究人員們開發出一種簡單的單一步驟製程,能以最小成本提高現有太陽能電池技術的轉換效率。

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透过化学蚀刻可实现硝酸铜、亚磷酸、氟化氢与水的混合。而当施加在矽晶圆时,亚磷酸缩减铜离子形成铜奈米粒子。这种奈米粒子可从矽晶圆表面吸收电子,使其氧化,并且让氟化氢在矽晶中烧出倒三角形的奈米孔隙。

经过微调过程产生了带有小至590nm孔隙的黑矽层,可穿透99%以上的光线。相形之下,一个未经蚀刻的干净矽晶则反射近100%的光线。

Barron表示,表面突起尖刺仍需采用涂层来与元素隔离,目前研究团队正致力于找到可缩短目前在实验室中进行蚀刻需要8小时制程的方法。不过,这种以单一步骤制程简化黑矽的开发,已经使其较以往的方法更具实用性了。

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