美国科学家发现纯硅变“黑硅”可简化太阳电池制造

美国莱斯大学的研究人员发现一种可简化太阳电池制造的方法，只要利用顶部电极作为催化剂，就能将纯硅变成更具价值的“黑硅”(black silicon)。

黑硅具有比光波长更小的纳米级突起或孔隙形成的高度纹理表面，使其得以在一天中的任何时间有效地收集来自任何角度的光线。莱斯大学化学教授Andrew Barron表示，这项研究主要由莱斯大学博士后研究员Yen-Tien Lu进行，如今已取得了两项重大发现。“首先，能够减少工艺步骤总是一件好事；”Barron解释说，“其次，这是首次以金属作为催化剂用于几毫米远以外的反应。”

以金属层作为顶部电极的方法通常适用于太阳电池制造的最后步骤。这种被称为“接触辅助化学蚀刻”的新方法则可在初期工艺用于设置金质细线作为电极，而且不必再移除使用过的催化剂粒子。

研究人员发现，以化学浴沉积进行蚀刻也发生在距离设定的金属线外。Barron表示，这一距离的存在似乎与硅晶的半导体特性有关。

“Yen-Tien以金质的顶部触点进行反应，并加入银或金作为催化剂，最后取得了不错的结果。”Barron解释，“后来我说：‘现在让我们来做一次不加入催化剂的实验。’突然间，我们就得到了黑硅——但它只能在触点以外的一定距离处进行蚀刻。无论我们如何试验，都会出现这样的距离。”

电子显微镜影像显示在用于太阳电池的芯片表面上快速制作出可吸收光线的精细突起与孔隙。莱斯大学研究人员开发出在黑硅工艺中兼负双重任务的金电极——作为催化剂加速表面蚀刻。

“这个结果告诉我们，电化学反应发生在金属触点，并与硅晶保持一定的距离。”Baron说，“这一距离取决于硅晶的电荷承载性能与导电性。有时，导电性不足，就无法承载电荷至更远的距离。”

覆盖在钛上面的一层极薄金丝已经证明是一种可作为催化剂的有效电极。Barron强调：“关键在于要蚀刻得够深才能避免阳光的反射，而如果不够深的话最后可能导致电池短路。”

“金属触点通常最后再放置。”Barron说，“目前在工艺方面还有许多悬而未决的问题，例如是否要尽早放置触点，以及在其后的工艺中是否要用它来进行化学反应等。”