Les scientifiques de l'Université Rice ont réduit à une seule étape le processus de transformation des plaquettes de silicium en silicium noir utilisé dans les cellules solaires. L'avance pourrait réduire les coûts associés à la production de cellules solaires. Ici, une coupe transversale montre des pyramides inversées gravées dans du silicium par un mélange chimique pendant huit heures. Crédit :Barron Group/Rice University
Les scientifiques de l'Université Rice ont créé un processus en une étape pour produire des matériaux hautement efficaces qui permettent à la quantité maximale de lumière solaire d'atteindre une cellule solaire.
Le laboratoire Rice du chimiste Andrew Barron a trouvé un moyen simple de graver des pointes nanométriques dans du silicium qui permet à plus de 99% de la lumière du soleil d'atteindre les éléments actifs des cellules, où il peut être transformé en électricité.
La recherche de l'étudiant diplômé de Barron et Rice et auteur principal Yen-Tien Lu apparaît dans le Royal Society of Chemistry's Journal de la chimie des matériaux A .
Le plus de lumière absorbée par les éléments actifs d'un panneau solaire, plus il produira de puissance. Mais la lumière doit y arriver. Les revêtements d'usage courant qui protègent les éléments actifs laissent passer la plupart de la lumière mais en réfléchissent aussi une partie. Diverses stratégies ont réduit la réflectance à environ 6 %, Barron a dit, mais l'antireflet est limité à une plage de lumière précise, angle d'incidence et longueur d'onde.
Entrez le silicium noir, ainsi nommé parce qu'il ne réfléchit presque pas la lumière. Le silicium noir est simplement du silicium avec une surface très texturée de pointes ou de pores à l'échelle nanométrique qui sont plus petits que la longueur d'onde de la lumière. La texture permet une collecte efficace de la lumière sous n'importe quel angle, du lever au coucher du soleil.
Barron et Lu ont remplacé un processus en deux étapes qui impliquait un dépôt de métal et une gravure chimique autocatalytique par une seule étape qui fonctionne à température ambiante.
Les scientifiques de l'Université Rice ont réduit à une seule étape le processus de transformation des plaquettes de silicium en silicium noir utilisé dans les cellules solaires. L'avance pourrait réduire les coûts associés à la production de cellules solaires. Ici, une vue de haut en bas montre des pores en forme de pyramide gravés dans du silicium pendant huit heures. Crédit :Barron Group/Rice University
Le ragoût chimique qui le rend possible est un mélange de nitrate de cuivre, acide phosphoreux, fluorure d'hydrogène et eau. Lorsqu'il est appliqué à une plaquette de silicium, l'acide phosphoreux réduit les ions cuivre en nanoparticules de cuivre. Les nanoparticules attirent les électrons de la surface de la plaquette de silicium, en l'oxydant et en permettant au fluorure d'hydrogène de brûler des nanopores en forme de pyramide inversée dans le silicium.
Le réglage fin du processus a abouti à une couche de silicium noir avec des pores aussi petits que 590 nanomètres (milliardièmes de mètre) qui laissent passer plus de 99% de la lumière. (Par comparaison, un propre, une plaquette de silicium non gravée reflète près de 100 pour cent de la lumière.)
Barron a déclaré que les pointes nécessiteraient toujours un revêtement pour les protéger des éléments, et son laboratoire travaille sur des moyens de raccourcir le processus de huit heures nécessaire pour effectuer la gravure en laboratoire. Mais la facilité de créer du silicium noir en une seule étape le rend beaucoup plus pratique que les méthodes précédentes, il a dit.
