美國佐治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)正在開發一項工藝，極有可能將晶體硅（c-Si）太陽能電池的轉換效率提高2%之多。

該學院的研究員采用了兩種不同類型的化學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。

通過三維結構捕獲日光，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。

“更多的太陽光進入光伏電池，而很少被反射回去，可達到更高的效率，” 佐治亞理工學院材料科學和工程董事教授C.P. Wong說，“仿真的結果顯示，通過這種表面結構我們有能力將電池的最終效率提升2%。”

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

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構。然后采用電子束工藝將納米級的金顆粒涂布在金字塔結構上。再利用氟化氫（HF）和雙氧水（H2O2）溶液，金作為催化劑，進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構。形成的結構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%，”佐治亞理工學院的一位化學和生物分子學工程教授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，那么結果也會有很大的不同。”

即使在沙漠地區，連續的陽光提供光伏電池理想的環境，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，在潛在的商業化可行前，仍存在一些技術挑戰。納米級結構固有的脆性，其易于被破壞和摧毀。

“因為這些結構如此小，以致于相當脆弱易碎，”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生影響。”

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當再引入到本來已經很復雜的硅太陽能電池的制造工藝中了。