Gli scienziati della Rice University hanno ridotto a un solo passaggio il processo per trasformare i wafer di silicio nel silicio nero utilizzato nelle celle solari. L'anticipo potrebbe ridurre i costi associati alla produzione di celle solari. Qui, una sezione trasversale mostra piramidi invertite incise nel silicio da una miscela chimica per otto ore. Credito:Barron Group/Rice University
Gli scienziati della Rice University hanno creato un processo in un'unica fase per la produzione di materiali altamente efficienti che consentono alla quantità massima di luce solare di raggiungere una cella solare.
Il laboratorio Rice del chimico Andrew Barron ha trovato un modo semplice per incidere picchi su scala nanometrica nel silicio che consente a oltre il 99 percento della luce solare di raggiungere gli elementi attivi delle cellule, dove può essere trasformato in elettricità.
La ricerca dello studente laureato Barron and Rice e autore principale Yen-Tien Lu appare nella Royal Society of Chemistry's Journal of Materials Chemistry A .
Maggiore è la quantità di luce assorbita dagli elementi attivi di un pannello solare, più potenza produrrà. Ma la luce deve arrivarci. I rivestimenti nell'uso corrente che proteggono gli elementi attivi lasciano passare la maggior parte della luce ma ne riflettono anche alcuni. Varie strategie hanno ridotto la riflettanza a circa il 6%, Barron ha detto, ma l'antiriflesso è limitato a una gamma specifica di luce, angolo di incidenza e lunghezza d'onda.
Entra in silicone nero, così chiamato perché non riflette quasi la luce. Il silicio nero è semplicemente silicio con una superficie altamente strutturata di punte o pori su nanoscala che sono più piccoli della lunghezza d'onda della luce. La trama consente la raccolta efficiente della luce da qualsiasi angolazione, dall'alba al tramonto.
Barron e Lu hanno sostituito un processo in due fasi che prevedeva la deposizione di metalli e l'incisione chimica chimica con un unico passaggio che funziona a temperatura ambiente.
Gli scienziati della Rice University hanno ridotto a un solo passaggio il processo per trasformare i wafer di silicio nel silicio nero utilizzato nelle celle solari. L'anticipo potrebbe ridurre i costi associati alla produzione di celle solari. Qui, una vista dall'alto mostra i pori a forma di piramide incisi nel silicio per otto ore. Credito:Barron Group/Rice University
Lo stufato chimico che lo rende possibile è una miscela di nitrato di rame, acido fosforoso, acido fluoridrico e acqua. Quando applicato a un wafer di silicio, l'acido fosforoso riduce gli ioni di rame a nanoparticelle di rame. Le nanoparticelle attraggono gli elettroni dalla superficie del wafer di silicio, ossidandolo e permettendo al fluoruro di idrogeno di bruciare nanopori a forma di piramide invertiti nel silicio.
La messa a punto del processo ha prodotto uno strato di silicio nero con pori di appena 590 nanometri (miliardesimi di metro) che lasciano passare oltre il 99 percento della luce. (A confronto, un pulito, il wafer di silicio non inciso riflette quasi il 100% della luce.)
Barron ha detto che le punte richiedono ancora un rivestimento per proteggerle dagli elementi, e il suo laboratorio sta lavorando su come abbreviare il processo di otto ore necessario per eseguire l'incisione in laboratorio. Ma la facilità di creare silicio nero in un solo passaggio lo rende molto più pratico rispetto ai metodi precedenti, Egli ha detto.
