香港科学家成功制作出一种光吸收率更高的硅纳米线(SiNWs)阵列光电化学(photoelectrochemical)太阳能电池,这代表用更低的成本就能得到更高的光电转换效率,也使典型的硅基光伏材料或其它固态太阳能电池在价格上更具竞争力。由于这种纳米线阵列的制备方式很容易将规模扩大,以满足大面积的应用。
相比其它低成本的半导体材料如二氧化钛纳米微晶体,香港城市大学的李述汤(Shuit-Tong Lee)等人所制作的电池在整个太阳光频谱范围(300-1000 nm)都有优异的抗反射性,以及杰出的表面缺陷诱发(defec-induced)导电性。此外,硅纳米线具有很大的表面积-体积比(surface-volume ratio),因此有更大的面积来吸收光,也有很大的界面供激子分离成电子与空穴,并提供良好的导电路径来传输电荷。这些特性都能提高光转换效率,进而降低太阳能电池的成本。
香港小组以氢氟酸-硝酸银溶液或含有氧化剂的氢氟酸溶液(以银或其它金属为触媒)来刻蚀Si(100)的晶圆,不仅能快速制备出晶圆规模的硅纳米线,而且这种硅纳米线不需任何掺杂就具有良良好的导电性。由于这些是半导体业界常用的方法,因此能将生产成比控制在合理的范围。
李述汤表示,利用金属催化刻蚀硅晶圆有许多优点,如它能以低成本刻蚀出大面积且排列方向一致的硅纳米线阵列,而且硅纳米线的导电率可由硅晶圆来决定。相较下,利用化学气相沉积法制作的硅纳米线,不只成本昂贵、产量小,且需要掺入杂质才能提升导电率。
研究团队目前计划研究表面改质(如表面钝化),对效应电化学太阳能电池效能的影响。他们希望设计出更好的电池结构,并进一步将它最佳化以提升光转换效率,同时也期待尽快与业界合作,将此技术转化成实际的产品。
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