Rice University forskare har reducerat till ett steg processen att förvandla kiselwafers till det svarta kisel som används i solceller. Förskottet skulle kunna minska kostnaderna i samband med produktionen av solceller. Här, ett tvärsnitt visar inverterade pyramider etsade i kisel av en kemisk blandning under åtta timmar. Kredit:Barron Group/Rice University
Rice University-forskare har skapat en enstegsprocess för att producera högeffektiva material som låter maximal mängd solljus nå en solcell.
Kemisten Andrew Barrons rislabb hittade ett enkelt sätt att etsa spikar i nanoskala till kisel som tillåter mer än 99 procent av solljuset att nå cellernas aktiva element, där det kan omvandlas till el.
Forskningen av Barron och Rice doktorand och huvudförfattare Yen-Tien Lu visas i Royal Society of Chemistry's Journal of Materials Chemistry A .
Ju mer ljus som absorberas av en solpanels aktiva element, desto mer kraft kommer den att producera. Men ljuset måste komma dit. Beläggningar i nuvarande användning som skyddar de aktiva elementen släpper igenom det mesta ljuset men reflekterar också en del. Olika strategier har minskat reflektansen till cirka 6 procent, Barron sa, men antireflexen är begränsad till ett specifikt ljusområde, infallsvinkel och våglängd.
Ange svart kisel, så namnet eftersom det nästan inte reflekterar ljus. Svart kisel är helt enkelt kisel med en mycket strukturerad yta av nanoskaliga spikar eller porer som är mindre än ljusets våglängd. Strukturen möjliggör en effektiv insamling av ljus från alla vinklar – från soluppgång till solnedgång.
Barron och Lu har ersatt en tvåstegsprocess som involverade metallavsättning och strömlös kemisk etsning med ett enda steg som fungerar vid rumstemperatur.
Rice University forskare har reducerat till ett steg processen att förvandla kiselwafers till det svarta kisel som används i solceller. Förskottet skulle kunna minska kostnaderna i samband med produktionen av solceller. Här, en vy uppifrån och ned visar pyramidformade porer etsade i kisel under åtta timmar. Kredit:Barron Group/Rice University
Den kemiska grytan som gör det möjligt är en blandning av kopparnitrat, fosforsyra, vätefluorid och vatten. När den appliceras på en silikonwafer, fosforsyran reducerar kopparjonerna till kopparnanopartiklar. Nanopartiklarna drar till sig elektroner från kiselskivans yta, oxiderar den och låter vätefluorid bränna in omvända pyramidformade nanoporer i kislet.
Finjustering av processen resulterade i ett svart kiselskikt med porer så små som 590 nanometer (miljarddelar av en meter) som släppte igenom mer än 99 procent av ljuset. (Som jämförelse, en ren, oetsad silikonskiva reflekterar nästan 100 procent av ljuset.)
Barron sa att spikarna fortfarande skulle kräva en beläggning för att skydda dem från elementen, och hans labb arbetar på sätt att förkorta den åtta timmar långa processen som behövs för att utföra etsningen i labbet. Men lättheten att skapa svart kisel i ett steg gör det mycket mer praktiskt än tidigare metoder, han sa.
