Nanotechnologia

Naukowcy z Uniwersytetu w Rice opracowali jednoetapowy proces produkcji materiałów o wysokiej wydajności, które pozwalają by maksymalna ilość promieni słonecznych dotarła do ogniwa słonecznego.

W laboratorium chemicznym w Rice Andrew Barron znalazł prosty sposób na wytrawienie w płytkach krzemowych nanokolców, które pozwalają, by więcej niż 99% światła słonecznego dotarło do elementów aktywnych ogniwa, gdzie mogą zostać przemienione w energię elektryczną. Wyniki badań Barrona i Yen-Tien Lu – absolwenta Uniwersytetu w Rice i głównego autora projektu – ukazały się w „Royal Society of Chemistry’s Journal of Materials Chemistry A”.

Im więcej światła zaabsorbują elementy aktywne panelu słonecznego, tym więcej energii zostanie wytworzone.  Obecnie używane powłoki, które chronią elementy aktywne przepuszczają większość światła, ale odbijają też jego część. Dzięki zastosowaniu różnorodnych strategii udało się ograniczyć współczynnik odbicia do około 6%, jednakże według Barrona  anty-odblask jest ograniczony do specyficznego spektrum światła, kąta padania i długości fali.

Właśnie tu do akcji wkracza czarny krzem (został tak nazwany, gdyż nie odbija prawie żadnego światła). Czarny krzem to po prostu wielowarstwowa płytka silikonowa z nanoKolców lub porów, które są mniejsze niż długość fali światła. Wielowarstwowa powłoka pozwala na efektywne zebranie światła padającego pod każdym kątem od wschodu do zachodu słońca.

Barron i Lu zastąpili dwuetapowy proces, który wymagał użycia procesów osadzania metalu oraz wytrawiania chemicznego bez użycia energii elektrycznej, jednym etapem, który można przeprowadzić w temperaturze pokojowej. Chemiczna potrawka, umożliwiająca ten proces jest mieszanką azotanu miedzi, kwasu fluorowodorowego, fluorowodoru i wody. Kiedy stosuje się ją z płytką krzemową, kwas fluorowodorowy redukuje jony miedzi do nanoCząsteczek miedzi. Nanocząsteczki te przyciągają elektrony z powierzchni płytki krzemowej, jednocześnie je utleniając i pozwalając fluorowodorowi wypalić nanopory w kształcie odwróconych piramidek w krzemie.

Skutkiem dostrajania tego procesu było wytworzenie warstwy czarnego krzemu z 590 nanometrowymi porami (czyli porami wielkości jednej bilionowej metra), która przepuściła więcej niż 99% światła. (Dla porównania, czysta, niewytrawiona pytka krzemowa odbija prawie 100% światła.)

Barron uważa, iż kolce wciąż wymagają pokrycia powłoką, która ma je chronić przed żywiołami, a jego zespół laboratoryjny pracuje nad skróceniem ośmiogodzinnego procesu potrzebnego na przeprowadzenie procesu wytrawiania w laboratorium. Jednak łatwość wytwarzania czarnego krzemu w tym jednoetapowym procesie sprawia, że jest on znacznie praktyczniejszy, niż wcześniejsze metody.

Źródła: http://www.rice.edu/

http://www.azonano.com/news.aspx?newsID=30430

Źródło grafiki:

http://www.everystockphoto.com/