美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)純硅變“黑硅”可簡化太陽電池制造

美國萊斯大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)一種可簡化太陽電池制造的方法，只要利用頂部電極作為催化劑，就能將純硅變成更具價(jià)值的“黑硅”(black silicon)。

黑硅具有比光波長更小的納米級(jí)突起或孔隙形成的高度紋理表面，使其得以在一天中的任何時(shí)間有效地收集來自任何角度的光線。萊斯大學(xué)化學(xué)教授Andrew Barron表示，這項(xiàng)研究主要由萊斯大學(xué)博士后研究員Yen-Tien Lu進(jìn)行，如今已取得了兩項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)。“首先，能夠減少工藝步驟總是一件好事；”Barron解釋說，“其次，這是首次以金屬作為催化劑用于幾毫米遠(yuǎn)以外的反應(yīng)。”

以金屬層作為頂部電極的方法通常適用于太陽電池制造的最后步驟。這種被稱為“接觸輔助化學(xué)蝕刻”的新方法則可在初期工藝用于設(shè)置金質(zhì)細(xì)線作為電極，而且不必再移除使用過的催化劑粒子。

研究人員發(fā)現(xiàn)，以化學(xué)浴沉積進(jìn)行蝕刻也發(fā)生在距離設(shè)定的金屬線外。Barron表示，這一距離的存在似乎與硅晶的半導(dǎo)體特性有關(guān)。

“Yen-Tien以金質(zhì)的頂部觸點(diǎn)進(jìn)行反應(yīng)，并加入銀或金作為催化劑，最后取得了不錯(cuò)的結(jié)果。”Barron解釋，“后來我說：‘現(xiàn)在讓我們來做一次不加入催化劑的實(shí)驗(yàn)。’突然間，我們就得到了黑硅——但它只能在觸點(diǎn)以外的一定距離處進(jìn)行蝕刻。無論我們?nèi)绾卧囼?yàn)，都會(huì)出現(xiàn)這樣的距離。”

電子顯微鏡影像顯示在用于太陽電池的芯片表面上快速制作出可吸收光線的精細(xì)突起與孔隙。萊斯大學(xué)研究人員開發(fā)出在黑硅工藝中兼負(fù)雙重任務(wù)的金電極——作為催化劑加速表面蝕刻。

“這個(gè)結(jié)果告訴我們，電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在金屬觸點(diǎn)，并與硅晶保持一定的距離。”Baron說，“這一距離取決于硅晶的電荷承載性能與導(dǎo)電性。有時(shí)，導(dǎo)電性不足，就無法承載電荷至更遠(yuǎn)的距離。”

覆蓋在鈦上面的一層極薄金絲已經(jīng)證明是一種可作為催化劑的有效電極。Barron強(qiáng)調(diào)：“關(guān)鍵在于要蝕刻得夠深才能避免陽光的反射，而如果不夠深的話最后可能導(dǎo)致電池短路。”

“金屬觸點(diǎn)通常最后再放置。”Barron說，“目前在工藝方面還有許多懸而未決的問題，例如是否要盡早放置觸點(diǎn)，以及在其后的工藝中是否要用它來進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)等。”