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光電/顯示技術  

研究人員利用電極簡化太陽能電池製造

上網時間: 2015年05月21日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:太陽能電池  電極  催化劑  黑矽  金電極 

美國萊斯大學(Rice University)的研究人員們發現一種可簡化太陽能電池製造的方法,只要利用頂部電極作為催化劑,就能將純矽變成更具價值的「黑矽」(black silicon)。

黑矽具有比光波長更小的奈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率地收集來自任何角度的光線。萊斯大學化學教授Andrew Barron表示,他已經和研究團隊經過長時間為黑矽的製造進行調整了,如今在製程技術進展的推動下,可望有助於其更進一步邁向商用化。

Barron表示,這項研究主要由萊斯大學博士後研究員Yen-Tien Lu進行,如今已取得了兩項重大發現。「首先,能夠減少製程步驟總是一件好事,」Barron 解釋說,「其次,這是首次以金屬作為催化劑用於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於太陽能電池製造的最後步驟。這種稱為「接觸輔助化學蝕刻」的新方法則可在初期製程用於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,以化學浴沈積進行蝕刻也發生在距離設定的金屬線外之處。Barron表示,這一距離的存在似乎與矽晶的半導體特性有關。

「Yen-Tien以金質的頂部觸點進行反應,並加入銀或金作為催化劑,最後取得了不錯的結果」,Barron解釋,「後來我說:『現在讓我們來做一次不加入催化劑的實驗。』突然間,我們就得到了黑矽——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。」

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電子顯微鏡影像顯示在用於太陽能電池的晶片表面上快速製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矽製程中兼負雙重任務的金電極——作為催化劑加速表面蝕刻。
(來源:Rice University/Barron Research Group)

“這個結果告訴我們,電化學反應發生在金屬觸點,並與矽晶保持一定的距離,」Baron說,「這一距離取決於矽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,「關鍵在於要蝕刻得夠深才能避免陽光的反射,而如果不夠深的話最後可能導致電池短路。」

「金屬觸點通常最後再放置,」Barron說,「目前在製程方面還有許多懸而未決的問題,例如是否要儘早放置觸點?以及在其後的製程中是否要用它來進行化學反應等。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:Electrode Discovery Points to Simpler Solar Cell Production,by Paul Buckley)





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