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Nouveau traitement de surface augmente considérablement l'efficacité des cellules photovoltaïques

Published on March 24, 2009 at 7:02 PM

En utilisant deux différents types de gravure chimique pour créer des fonctionnalités à la fois au micron et échelles de taille nanométrique, les chercheurs du Georgia Institute of Technology ont développé un traitement de surface qui stimule l'absorption de la lumière de cellules photovoltaïques en silicium de deux manières complémentaires.

Cette image montre de silicium de structures pyramidales gravé pendant une minute à l'aide de fluorure d'hydrogène / peroxyde d'hydrogène / eau solution. La structure qui en résulte a la rugosité à l'échelle micro et nanométrique. Crédit: Image courtoisie de CP Wong

Le traitement de surface augmente l'absorption à la fois par piégeage de la lumière en trois dimensions des structures et en faisant des surfaces auto-nettoyage ¡V permettant la pluie ou la rosée pour se laver de la poussière et la saleté qui s'accumulent sur les réseaux photovoltaïques. En raison de sa capacité à rendre l'eau perlent et roulent, la surface est classée comme superhydrophobe.

«Le plus de lumière solaire qui entre dans les cellules photovoltaïques et les moins qui reflète en arrière, plus le rendement peut être", a déclaré CP Wong, Regents 'professeur à l'École de Georgia Tech de la Science et Génie des Matériaux. «Nos simulations montrent que nous pouvons potentiellement augmenter l'efficacité finale des cellules d'autant que deux pour cent de cette structure de surface."

Soutenu par la National Science Foundation (NSF) et le National Electric Research Testing énergie et Applications Center (NEETRAC) à Georgia Tech, la recherche sera décrite Mars 24 à l'Assemblée nationale au printemps 2009 de l'American Chemical Society à Salt Lake City.

Le traitement gravure du silicium imite la surface superhydrophobe de la feuille de lotus, qui utilise la rugosité de surface à deux échelles différentes tailles pour créer des angles de contact de haut qui encouragent l'eau de pluie ou de condensation à talon haut et le ruissellement. Comme l'eau s'écoule, elle porte avec elle toute la poussière de surface ou de la saleté ¡V qui ne respectent pas aussi à cause des propriétés de surface unique.

Dans le traitement de surface de silicium, la rugosité à deux vitesses - créé avec deux microns-et nano-structures à l'échelle - travaux de la même manière que la feuille de lotus, minimisant le contact entre l'eau ou la poussière et la surface, Wong noté.

«Quand une goutte d'eau atteint la surface, il se trouve au sommet de cette rugosité à deux vitesses, et seulement trois pour cent environ de celui-ci est en contact avec le silicium", at-il expliqué.

Préparation de la surface superhydrophobe commence avec l'utilisation d'un hydroxyde (KOH) de potassium pour graver la surface de silicium. La solution élimine préférentiellement le long des plans cristallins de silicium, créant des structures pyramidales l'échelle du micron dans la surface.

Un processus d'e-faisceau est ensuite utilisée pour appliquer des particules d'or à l'échelle nanométrique pour les structures pyramidales. En utilisant une solution de fluorure d'hydrogène (HF) et le peroxyde d'hydrogène (H2O2), un procédé de gravure en métal assistée - avec l'or comme catalyseur - produit les caractéristiques à l'échelle nanométrique. La taille caractéristique est contrôlée par le diamètre des particules d'or et la longueur de temps le silicium est exposé à la gravure.

Enfin, l'or est enlevée avec un iodure (KI) solution de potassium et de la surface revêtue d'un matériau de fluorocarbone, tricholosilane perfluorooctyle (SPFO).

La combinaison de l'absorption de la lumière est passée de la surface texturée et la capacité d'auto-nettoyage à la fois l'absorption stimuler aide du soleil frappant la surface de silicium.

"Une surface de silicium normale reflète beaucoup de lumière qui arrive, mais ce faisant texturage, la réflexion est réduite à moins de cinq pour cent», a déclaré Dennis Hess, professeur à l'École Technique de Géorgie chimique et de génie biomoléculaire. "Autant que 10 pour cent de la lumière qui frappe les cellules sont dispersées en raison de la poussière et la saleté de la surface. Si vous pouvez garder la propreté des cellules, en principe, vous pouvez augmenter l'efficacité. Même si vous ne les améliorer en quelques pour cent , qui pourraient faire une grande différence. "

Même dans les zones désertiques où la lumière du soleil constant fournit des conditions idéales pour des systèmes photovoltaïques, de la rosée nocturne devrait fournir suffisamment d'humidité pour garder la propreté des cellules, a déclaré M. Wong.

L'équipe de recherche, qui comprenait également Yonghao Xiu, Shu Zhang et Liu Yan, travaille avec le Centre de l'Université de Georgia Tech d'excellence pour la recherche photovoltaïque et de l'Education - dirigée par le professeur de l'École Ajeet Rohatgi Georgia Tech de génie électrique et informatique - pour évaluer le traitement de surface avec de vrais cellules solaires.

Last Update: 11. October 2011 09:26

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