Los científicos de la Universidad de Rice han reducido a un paso el proceso para convertir las obleas de silicio en el silicio negro utilizado en las células solares. El avance podría reducir los costos asociados con la producción de células solares. Aquí, una sección transversal muestra pirámides invertidas grabadas en silicio por una mezcla química durante ocho horas. Crédito:Barron Group / Rice University
Los científicos de la Universidad de Rice han creado un proceso de un solo paso para producir materiales altamente eficientes que permiten que la máxima cantidad de luz solar llegue a una celda solar.
El laboratorio de Rice del químico Andrew Barron encontró una manera simple de grabar picos a nanoescala en silicio que permite que más del 99 por ciento de la luz solar llegue a los elementos activos de las células. donde se puede convertir en electricidad.
La investigación de la estudiante graduada de Barron y Rice y autora principal, Yen-Tien Lu, aparece en la publicación de la Royal Society of Chemistry. Revista de Química de Materiales A .
Cuanta más luz absorban los elementos activos de un panel solar, más poder producirá. Pero la luz tiene que llegar. Los recubrimientos de uso actual que protegen los elementos activos dejan pasar la mayor parte de la luz pero también reflejan algo. Varias estrategias han reducido la reflectancia a aproximadamente un 6 por ciento, Barron dijo, pero el antirreflejo se limita a un rango específico de luz, ángulo de incidencia y longitud de onda.
Entra silicio negro, llamado así porque casi no refleja la luz. El silicio negro es simplemente silicio con una superficie muy texturizada de picos o poros a nanoescala que son más pequeños que la longitud de onda de la luz. La textura permite la recolección eficiente de luz desde cualquier ángulo, desde el amanecer hasta el atardecer.
Barron y Lu han reemplazado un proceso de dos pasos que involucraba la deposición de metal y el grabado químico sin electricidad con un solo paso que funciona a temperatura ambiente.
Los científicos de la Universidad de Rice han reducido a un paso el proceso para convertir las obleas de silicio en el silicio negro utilizado en las células solares. El avance podría reducir los costos asociados con la producción de células solares. Aquí, una vista de arriba hacia abajo muestra poros en forma de pirámide grabados en silicio durante ocho horas. Crédito:Barron Group / Rice University
El guiso químico que lo hace posible es una mezcla de nitrato de cobre, ácido fosforoso, fluoruro de hidrógeno y agua. Cuando se aplica a una oblea de silicio, el ácido fosforoso reduce los iones de cobre a nanopartículas de cobre. Las nanopartículas atraen electrones de la superficie de la oblea de silicio, oxidándolo y permitiendo que el fluoruro de hidrógeno queme nanoporos en forma de pirámide invertida en el silicio.
El ajuste fino del proceso resultó en una capa de silicio negro con poros tan pequeños como 590 nanómetros (mil millonésimas de metro) que dejaban pasar más del 99 por ciento de la luz. (En comparación, una limpia, La oblea de silicio sin grabar refleja casi el 100 por ciento de la luz).
Barron dijo que los picos aún requerirían un recubrimiento para protegerlos de los elementos, y su laboratorio está trabajando en formas de acortar el proceso de ocho horas necesario para realizar el grabado en el laboratorio. Pero la facilidad de crear silicio negro en un solo paso lo hace mucho más práctico que los métodos anteriores, él dijo.
