太阳能电池生产新方法: 电极催化制黑硅

研究表明，太阳能电池上的硅片表面上几分钟内形成的光吸收孔洞与尖峰。在莱斯大学的科学家们进行的试验中，金在黑硅上起到双重作用，其一是作为电极，其二是作为催化剂在几分钟内对硅片表面进行刻蚀。

莱斯大学的研究员们发现一种全新的方法，来提高太阳能电池的生产效率，这种方法就是通过使用顶电极作为催化剂使纯硅转变成价值不菲的黑硅。

莱斯实验室的化学家Andrew Barron美国化学学会期刊的应用材料与表面上发表了这项研究。

黑硅是一种具有高变形表面的硅，这种高变形表面上分布着许多纳米尺度的尖峰或者孔洞，这些尖峰或孔洞的尺寸小于可见光波长。这种结构能够有效的吸收一天内任意时间和任意角度的可见光。Barron和他的团队研究改进黑硅的制备工艺已有一段时日，据他所言，制备工艺上的进步应该能够进一步推进其商业化进程。

Barron表示，莱斯大学博士后研究员Yen-Tien Lu进行的这项新研究有两项闪光点。首先，简化繁杂的过程是一项极好的创举。其次，这是金属首次在几毫米的距离作为反应催化剂。

Barron说太阳能电池的制造中,经常将金属层作为顶电极。众所周知的新方法是接触辅助性化学刻蚀，这种新方法应用于薄金线的排布，而在传统方法中,金仅用作电极使用。这种方法也不需要去除反应过的催化颗粒。

研究员发现化学浴中，刻蚀反应发生在距金线一定距离的位置上。Barron表示该距离可能与硅半导体性能有关。

根据莱斯大学在制备太阳能电池的黑硅片的研究过程中发现，金电极同样起到催化剂的作用。黑硅基本不反射光，并且让更多的光与太阳能电池里的活跃组分用转变为电能。

Barron说：“Yen-Tien当时正研究顶端金电极的反应，加入金或银催化剂并且得到这些美丽的图像，而后我表示‘好的，现在我们来进行没有催化剂的反应研究’。出乎意料的，我们得到了黑硅，但是刻蚀反应只能在接触层一定距离外发生。而且无论我们如何处理，这段距离总是存在。

Barron说：“这样的现象告诉我们电化学反应发生在离金属与硅片接触层一定距离上。这个距离取决于硅的载流子传输与导电能力。在某种情况下，电导性不足以使载流子传输的更远。

Barron说将极薄的金层放置在钛上，这样的结构与金和硅的结合性都非常好，并且应该能成为一个有效的电极,同时也作为催化剂来使用。他还说：“这种技巧必须刻蚀足够深的沟槽消除太阳光的反射，如果沟槽不够深会导致电池短路。

此电子显微图来自早期的研究，展示了太阳能电池中的黑硅表面上的纳米尺度的尖峰。

Barron认为电极的催化能力，表明电子产品的其他制造过程可以从中受益。

Barron说：“金属结合层通常最后放置，这给我们的工艺过程提出了一些问题，是否可以将结合层提早放置?是否可以在制备工程的其他时候进行化学反应?”