新式單一步驟製程提高黑矽太陽能電池轉換效率

2020-12-06 索比光伏網

美國萊斯大學(Rice University)的科學家已經開發出一種新的材料生產製程，透過在矽晶蝕刻出奈米級突起或孔隙使達到太陽能電池的陽光最大化，從而讓99%以上的陽光都能接觸到電池活性元素。

太陽能面板活性元素吸收的光越多，所產生的能量就越大。但總得有陽光到達才行。目前用來保護活性元素的塗層雖然可讓大部分的光線通過，但有一部份卻會被反射掉。儘管透過各種途徑可讓反射程度改善6%，但這些方式卻也限制了光線的範圍、入射角與波長。

「黑矽」(black Slicon)則幾乎不反射光線，並且具有比光波長更小的奈米級突起或孔隙所形成的高度表面紋理。無論是日出到日落，這種紋理表面均有助於從任何角度有效率地收集到光線。

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。

（來源：Rice University/Barron Research Group） 

萊斯大學的化學家Andrew Barron與Yen-Tien Lu採用一種可在室溫下作業的單一步驟製程，取代了以往結合金屬沉積和化學蝕刻的2步驟製程。

透過化學蝕刻可實現硝酸銅、亞磷酸、氟化氫與水的混合。而當施加在矽晶圓時，亞磷酸縮減銅離子形成銅奈米粒子。這種奈米粒子可從矽晶圓表面吸收電子，使其氧化，並且讓氟化氫在矽晶中燒出倒三角形的奈米孔隙。

經過微調過程產生了帶有小至590nm孔隙的黑矽層，可穿透99%以上的光線。相形之下，一個未經蝕刻的乾淨矽晶則反射近100%的光線。

Barron表示，表面突起尖刺仍需採用塗層來與元素隔離，目前研究團隊正致力於找到可縮短目前在實驗室中進行蝕刻需要8小時製程的方法。不過，這種以單一步驟製程簡化黑矽的開發，已經使其較以往的方法更具實用性了。

 

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