Wetenschappers van Rice University hebben een proces in één stap ontwikkeld voor het produceren van zeer efficiënte materialen die de maximale hoeveelheid zonlicht een zonnecel laten bereiken.

Het Rice-lab van chemicus Andrew Barron heeft een eenvoudige manier gevonden om nanoschaalpieken in silicium te etsen, waardoor meer dan 99 procent van het zonlicht de actieve elementen van de cellen kan bereiken. waar het kan worden omgezet in elektriciteit.

Het onderzoek van Barron en Rice afgestudeerde student en hoofdauteur Yen-Tien Lu verschijnt in de Royal Society of Chemistry's Journal of Materials Chemistry A .

Hoe meer licht wordt geabsorbeerd door de actieve elementen van een zonnepaneel, hoe meer vermogen het zal produceren. Maar het licht moet er komen. Coatings die momenteel worden gebruikt en die de actieve elementen beschermen, laten het meeste licht door, maar reflecteren ook een deel. Verschillende strategieën hebben de reflectie teruggebracht tot ongeveer 6 procent, Barron zei, maar de antireflectie is beperkt tot een specifiek lichtbereik, invalshoek en golflengte.

Voer zwart silicium in, zo genoemd omdat het bijna geen licht reflecteert. Zwart silicium is eenvoudigweg silicium met een zeer gestructureerd oppervlak van pieken of poriën op nanoschaal die kleiner zijn dan de golflengte van licht. De textuur zorgt voor een efficiënte verzameling van licht vanuit elke hoek - van zonsopgang tot zonsondergang.

Barron en Lu hebben een proces in twee stappen, waarbij metaal wordt afgezet en stroomloos chemisch etsen, vervangen door een enkele stap die werkt bij kamertemperatuur.

De chemische stoofpot die het mogelijk maakt is een mix van kopernitraat, fosforig zuur, waterstoffluoride en water. Wanneer toegepast op een siliciumwafel, het fosforigzuur reduceert de koperionen tot kopernanodeeltjes. De nanodeeltjes trekken elektronen aan van het oppervlak van de siliciumwafel, oxideren en waterstoffluoride toestaan ​​om omgekeerde piramidevormige nanoporiën in het silicium te verbranden.

Verfijning van het proces resulteerde in een zwarte siliciumlaag met poriën zo klein als 590 nanometer (miljardste van een meter) die meer dan 99 procent van het licht doorlaten. (Ter vergelijking, een schone, niet-geëtste siliciumwafel reflecteert bijna 100 procent van het licht.)

Barron zei dat de spikes nog steeds een coating nodig hebben om ze te beschermen tegen de elementen, en zijn lab werkt aan manieren om het proces van acht uur dat nodig is om het etsen in het lab uit te voeren, te verkorten. Maar het gemak om in één stap zwart silicium te maken, maakt het veel praktischer dan eerdere methoden, hij zei.