美國佐治亞理工學(xué)院(Georgia Institute of Technology)正在開發(fā)一項工藝，極有可能將晶體硅（c-Si）太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率提高2%之多。

該學(xué)院的研究員采用了兩種不同類型的化學(xué)刻蝕方法制作出微米級和納米級的表面特征，增加了光吸收率，減少了反射，使電池表面保持清潔。

通過三維結(jié)構(gòu)捕獲日光，以及制作出自清潔的表面――允許雨水或露珠洗去堆積在電池陣列里的灰塵和污垢，這些表面處理增加了光吸收率。由于水珠可在上面自由滾動并滑落，這種表面的特性也被定義為超疏水性。

“更多的太陽光進(jìn)入光伏電池，而很少被反射回去，可達(dá)到更高的效率，” 佐治亞理工學(xué)院材料科學(xué)和工程董事教授C.P. Wong說，“仿真的結(jié)果顯示，通過這種表面結(jié)構(gòu)我們有能力將電池的最終效率提升2%?！?/P>

在美國國家自然基金和佐治亞理工學(xué)院國家電力測試研究和應(yīng)用中心的支持下，該研究報告于3月24號在鹽湖城舉行的2009春季美國化學(xué)協(xié)會全國會議上。

硅刻蝕處理模擬蓮葉的超疏水表面，采用兩種不同尺度的表面粗糙度來達(dá)到高的接觸角度，以便使雨水或露滴滑下并滾落。其間，水珠將帶走灰塵或污垢。

研究員們利用氫氧化鉀（KOH）溶液沿著多晶硅平面刻蝕硅，在其表面制作出微米級的金字塔結(jié)構(gòu)。然后采用電子束工藝將納米級的金顆粒涂布在金字塔結(jié)構(gòu)上。再利用氟化氫（HF）和雙氧水（H2O2）溶液，金作為催化劑，進(jìn)行金屬輔助刻蝕工藝制作出可控的納米級形貌。特征尺寸由金顆粒的直徑和硅暴露在刻蝕狀態(tài)下的時間長短決定。然后通過碘化鉀（KI）溶液去除金，表面被覆蓋上一層碳氟化物材料，全氟辛烷磺酸（PFOS）。

 圖：采用HF/H2O2/水的溶液刻蝕1分鐘，制作出的硅金字塔結(jié)構(gòu)。形成的結(jié)構(gòu)具有微米和納米級的粗糙度。（來源：Georgia Institute of Technology）

絨性表面和自清潔能力的結(jié)合使用，大大增加了對光的吸收能力。“通常的硅表面反射許多入射的光線，但是通過制備的絨面，反射將被減少至不到5%，”佐治亞理工學(xué)院的一位化學(xué)和生物分子學(xué)工程教授Dennis Hess表示。“因為表面灰塵和污漬，照射在電池表面的光線的10%被散射了。如果保持電池的清潔，理論上將提高效率。即使僅僅提高幾個百分點，那么結(jié)果也會有很大的不同。”

即使在沙漠地區(qū)，連續(xù)的陽光提供光伏電池理想的環(huán)境，夜晚的露珠還是有足夠的濕汽使電池保持清潔，Wong表示。

然而，在潛在的商業(yè)化可行前，仍存在一些技術(shù)挑戰(zhàn)。納米級結(jié)構(gòu)固有的脆性，其易于被破壞和摧毀。

“因為這些結(jié)構(gòu)如此小，以致于相當(dāng)脆弱易碎，”Hess指出，“表面的機械磨損會破壞其超疏水性的特征。我們已經(jīng)努力找到方法，來制作大面積的超疏水性表面，這樣，少量的破壞不會對整個表面產(chǎn)生影響?！?/P>

大面積表面的成本評估尚未實施，但Hess表示，額外的刻蝕和真空沉積步驟不應(yīng)當(dāng)再引入到本來已經(jīng)很復(fù)雜的硅太陽能電池的制造工藝中了。