玻璃上液相结晶硅薄膜太阳能电池的平滑抗反射三维纹理

由晶体硅制成的薄膜太阳能电池价格低廉，效率高达14%。然而，如果这种电池闪亮的表面可以反射更少的光会更好。

柏林Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB)的Christiane Becker教授领导的一个研究小组，已经为解决这一问题的一种复杂的新方法申请了专利(科学报告称，“玻璃上液相结晶硅薄膜太阳能电池的平滑抗反射三维纹理”)。

Christiane Becker说：“这种表面结构不仅可以给电池带来更多的光，甚至会通过损害材料的电子性能来达到降低效率的目的。”

捕捉光的纳米结构被印在氧化硅(蓝色)上，然后用氧化钛(绿色)“平整”。结果形成了一个光学粗糙但平滑的层，可以在上面生长晶体硅。(图片来源:HZB)

粗糙和平滑

大卫·艾森豪尔（David Eisenhauer）在贝克尔团队读博士期间提出的想法听起来很简单，但这需要一种全新的方法：制造出一种表现为“光学粗糙”并散射光的精密纳米结构，但同时提供了一个“平滑”表面，在这个表面上，硅层(太阳能电池最重要的一层)可以几乎没有缺陷地生长。

智能表面的几个步骤

这个过程包括几个步骤:首先，研究人员将优化后的纳米结构印在静止的液态硅氧化物前体层上，然后用紫外光和热进行固化。这创造了微小的，规律排列的圆柱形凸起，非常适合捕捉光线。

然而，在这种粗糙的表面上，晶体硅的吸收层不能完美地生长，因此这些结构对太阳电池的质量有不利的影响。为了解决这一矛盾，我们在纳米结构的顶部涂上了一层非常薄的氧化钛，以产生一个相对平滑的表面，在上面实际的吸收材料可以沉积和结晶。

该涂层的“智能”体现在其具有平滑抗反射三维纹理。它减少了反射并为吸收层带来了更多的光线，而且不会损害其电子性能。该方法现已获得专利。

克里斯汀·贝克尔(Christiane Becker)领导着由BMBF资助的“纳米未来实验室”(NanoMatFutur)项目的HZB青年研究小组。作为贝洛斯联合实验室的一部分，她与Zuse研究所密切合作，利用计算机模拟来了解纳米结构对材料性能的影响。

原文来自nanowerk，原文题目为Sophisticated nanostructure for solar cells: Rough optics, smooth surface,由材料科技在线汇总整理。