Neue Abkürzung zu Solarzellen: Discovery verwendet Elektroden als Katalysatoren zur Herstellung von schwarzem Silizium

Neue Abkürzung zu Solarzellen: Discovery verwendet Elektroden als Katalysatoren zur Herstellung von schwarzem Silizium
Anonim

von der Rice University

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Wissenschaftler der Rice University haben einen Weg gefunden, die Herstellung von Solarzellen zu vereinfachen, indem sie die obere Elektrode als Katalysator verwenden, der einfaches Silizium in wertvolles schwarzes Silizium verwandelt.

Das Reislabor des Chemikers Andrew Barron veröffentlichte die Forschungsergebnisse in der Zeitschrift ACS Applied Materials and Interfaces der American Chemical Society.

Schwarzes Silizium ist Silizium mit einer stark strukturierten Oberfläche aus nanoskaligen Spitzen oder Poren, die kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind. Die Textur ermöglicht die effiziente Erfassung von Licht aus jedem Winkel zu jeder Tageszeit. Barron und sein Team arbeiten seit einiger Zeit an der Feinabstimmung der Erzeugung von schwarzem Silizium, aber ein Fortschritt in der Herstellungstechnik dürfte die Kommerzialisierung beschleunigen, sagte er.

Barron stellte fest, dass die neue Arbeit von Yen-Tien Lu, Postdoktorand bei Rice, zwei Hauptattraktionen hat. "Erstens ist es immer gut, Schritte aus dem Prozess zu entfernen", sagte er. "Zweitens ist dies das erste Mal, dass die Metallisierung ein Katalysator für eine mehrere Millimeter entfernte Reaktion ist."

Barron sagte, dass die Metallschicht, die als obere Elektrode verwendet wird, üblicherweise zuletzt bei der Herstellung von Solarzellen aufgebracht wird. Bei der neuen Methode, die als kontaktunterstütztes chemisches Ätzen bekannt ist, wird der Satz dünner Goldlinien angewendet, die zu Beginn des Prozesses als Elektrode dienen. Dadurch entfällt auch die Notwendigkeit, verbrauchte Katalysatorpartikel zu entfernen.

Die Forscher stellten fest, dass das Ätzen in einem chemischen Bad in einem festgelegten Abstand von den Linien erfolgt. Dieser Abstand, sagte Barron, scheint mit den Halbleitereigenschaften des Siliziums verbunden zu sein.

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"Yen-Tien reagierte mit Goldkontakten, fügte Silber- oder Goldkatalysatoren hinzu und bekam diese wunderschönen Bilder", sagte er. "Und ich sagte: 'Okay, okay. Jetzt lass es uns ohne die Katalysatoren machen.' Plötzlich erhielten wir schwarzes Silizium - aber es ätzte nur eine gewisse Entfernung vom Kontakt. Und egal was wir taten, es gab immer diese Entfernung.

"Es hat uns gezeigt, dass die elektrochemische Reaktion am Metallkontakt und am Silizium stattfindet, das eine gewisse Entfernung entfernt ist", sagte Barron. "Die Entfernung ist abhängig von der Ladungstragfähigkeit, der Leitfähigkeit des Siliziums. Irgendwann reicht die Leitfähigkeit nicht mehr aus, um die Ladung weiter zu tragen."

Barron sagte, eine extrem dünne Goldschicht auf Titan, die sich gut mit Gold und Silizium verbindet, sollte eine wirksame Elektrode sein, die auch zur Katalyse dient. "Der Trick besteht darin, die Täler tief genug zu ätzen, um die Reflexion des Sonnenlichts zu beseitigen, ohne dabei so tief zu werden, dass Sie einen Kurzschluss in der Zelle verursachen", sagte er.

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Er sagte, dass die Fähigkeit der Elektrode, als Katalysator zu wirken, nahelegt, dass andere elektronische Herstellungsprozesse von einem gewissen Mischen profitieren könnten.

"Metallkontakte werden normalerweise als letztes abgelegt", sagte Barron. "Bei vielen Prozessen stellt sich die Frage, ob der Kontakt früher hergestellt und die Chemie für den Rest des Prozesses verwendet werden soll."