Чтобы упростить технологию производства фотоэлементов, в химической лаборатории Университета Райса (США) использовали внешний электрод солнечной батареи в качестве катализатора при превращении обычного кремния в «черный кремний».

«Черный кремний» – это кремний, покрытый сеткой нановыступов или впадин, размеры которых меньше, чем длина световой волны. Такая текстура поверхности позволяет фотоэлементу эффективно улавливать свет, падающий под любым углом, в любое время дня.

По словам участника исследований Эндрю Бэррона, слой металла, играющий роль внешнего электрода фотоэлемента, как правило, накладывается в последнюю очередь. Но новый метод, получивший название «химическое травление с участием металла», заключается в наложении тонких полосок золота, служащих контактами, на ранних стадиях процесса. Это отменяет необходимость в удалении частиц отработанного катализатора, который используется в процессе создания впадин на поверхности фотоэлемента.

Было обнаружено, что травление кремния в химической ванне происходит на расстоянии от нанесенных на него золотых полосок. По словам Бэррона, это связано с полупроводниковыми свойствами кремния:

«Йен-Тьен (руководитель экспериментов) проводил реакции с внешними электродами из золота, добавляя серебряный или золотой катализатор, и получил прекрасные результаты. Затем мы проделали этот же процесс, но без катализатора. Внезапно мы получили черный кремний, но он травился только на определенном расстоянии от контакта. Независимо от того, что мы делали, это расстояние всегда оставалось. Мы выяснили, что электрохимические реакции происходят в металлическом электроде, когда он находится на определенном расстоянии от кремниевой пластины. Это расстояние обусловлено способностью кремния проводить электрический ток. В какой-то момент его электропроводности становится недостаточно для передвижения заряда».

По словам Бэррона, хороший электрод, который сможет быть катализатором химической реакции, можно получить, нанося на кремниевую пластину титан, а на него – тонкий слой золота. Он говорит:

«Сложность состоит в том, чтобы сделать канавки на кремнии достаточно глубокими для поглощения света, но не слишком глубокими, иначе это вызовет короткое замыкание в фотоэлементе».

По мнению Бэррона, возможность использования электрода в качестве катализатора поможет изменить и другие производственные процессы:

«Как правило, металлические контакты вставляются в последнюю очередь. Но ведь можно формировать контакты на ранних стадиях и использовать их для проведения необходимых химических реакций».