美國科學家發現純硅變“黑硅”可簡化太陽電池制造

美國萊斯大學的研究人員發現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值的“黑硅”(black silicon)。

黑硅具有比光波長更小的納米級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間有效地收集來自任何角度的光線。萊斯大學化學教授Andrew Barron表示，這項研究主要由萊斯大學博士后研究員Yen-Tien Lu進行，如今已取得了兩項重大發現。“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以外的反應。”

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“接觸輔助化學蝕刻”的新方法則可在初期工藝用于設置金質細線作為電極，而且不必再移除使用過的催化劑粒子。

研究人員發現，以化學浴沉積進行蝕刻也發生在距離設定的金屬線外。Barron表示，這一距離的存在似乎與硅晶的半導體特性有關。

“Yen-Tien以金質的頂部觸點進行反應，并加入銀或金作為催化劑，最后取得了不錯的結果。”Barron解釋，“后來我說：‘現在讓我們來做一次不加入催化劑的實驗。’突然間，我們就得到了黑硅——但它只能在觸點以外的一定距離處進行蝕刻。無論我們如何試驗，都會出現這樣的距離。”

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突起與孔隙。萊斯大學研究人員開發出在黑硅工藝中兼負雙重任務的金電極——作為催化劑加速表面蝕刻。

“這個結果告訴我們，電化學反應發生在金屬觸點，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電性。有時，導電性不足，就無法承載電荷至更遠的距離。”

覆蓋在鈦上面的一層極薄金絲已經證明是一種可作為催化劑的有效電極。Barron強調：“關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致電池短路。”

“金屬觸點通常最后再放置。”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，以及在其后的工藝中是否要用它來進行化學反應等。”