金薄膜上的纳米级孔当中形成硅柱。这些柱子能够使97%的入射光进入到硅衬底上，该技术有望显著提高传统太阳能电池性能。

图片来源：Vijay Narasimhan, 斯坦福大学（Stanford University） 

太阳能电池的基本结构是两个金属电极之间夹着可将阳光转换成电的半导体，其中金属电极起到转移电流的作用。

但这种广泛使用的设计存在一个缺陷：电池上面闪亮的金属实际上会反射太阳光，使其无法到达半导体，从而降低了电池效率。

现在，斯坦福大学科学家已经发现如何隐藏反射性的上接触，并使光透过直接到达下层的半导体。相关研究结果发表于《ACS Nano》期刊上，该结果可能有助于设计和制造新型的太阳能电池。

该论文第一作者、斯坦福大学研究生Vijay Narasimhan说：“利用纳米技术，我们已经开发出了一种新方法，可以使上金属接触几乎不可见。这项新技术有望显著提高太阳能效率，从而降低太阳能电池成本。” 

类似于镜子的金属（Mirror-like metal）

大多数太阳能电池中，上接触由金属线栅构成，用于转移电荷。但是，这些金属线同时也阻止太阳光到达半导体（通常是硅）。

该论文作者之一、材料科学与工程副教授Yi Cui这样说：“表面上的金属越多，就会有越多的太阳光被挡。这些光就失去了，无法转换成电。”

因此，金属接触“面临着导电性和透光性之间看似不可调和的矛盾。”Narasimhan补充道，“但我们制得的纳米结构消除了这种矛盾。”

关于这项研究，斯坦福大学研究团队在硅平板上放置了16纳米厚的金薄膜。金薄膜布满了纳米级的方孔阵列，但眼睛看起来像是一面闪闪发亮的金镜。

光学分析显示，这种穿孔的金薄膜覆盖了硅表面65%的面积，平均反射50%的入射光。科学家推断，如果能够在某种程度上隐藏这种反射性的金薄膜，那么就能够有更多的光到达底下的硅半导体上。

解决方法：在金薄膜上制备纳米级的硅柱，让太阳光在到达金属表面之前改变光路。

制备硅纳米柱是一步化学工艺。

“我们将硅和预穿孔的金薄膜一起浸入氢氟酸和过氧化氢溶液当中。金薄膜立即开始下沉至硅衬底上，接着开始出现硅纳米柱，穿过薄膜上的孔。”该论文作者之一、研究生Thomas Hymel如是说。

几秒钟之内，硅柱就能长到330纳米高，将闪亮的金表面转变成暗红色。这一戏剧性的颜色变化是一个明显的迹象，表明恶劣金属不再反射光了。

Narasimhan补充说：“一旦硅纳米柱开始出现，它们就开始像漏斗一样，将金属网格周围的光漏过，并转移至下面的硅衬底。”

他将这种纳米柱阵列比作是厨房水槽里的漏勺。“当你打开水龙头，并不是所有的水都能通过漏勺上的孔。但是，如果你在每一个孔的顶部放置一个微型漏斗，毫无疑问，绝大部分的水都会直接流过。这就是我们的结构：纳米柱相当于漏斗，捕捉光，并引导光穿过金属网格上的孔直至硅衬底。” 

巨大的促进（Big boost）

研究团队通过一系列的模拟和实验堆设计进行了优化。

Narasimhan说：“太阳能上的金属线通常覆盖了上表面5-10%的面积。在我们的最佳设计当中，可用金属覆盖约2/3的表面，反射损耗却只有3%。更多的金属可以提高导电性，从而使得电池具有更高的光电转换效率。”

比如说，这项技术有望将传统太阳能电池的效率从20%提高至22%。

该研究小组计划进行中试，以评估在现实条件下的性能。 

隐蔽接触（Covert contacts）

该论文作者之一、研究生Ruby Lai表示，除了金以外，这种纳米柱结构也可以在银、铂、镍及其他金属上实现。

她说：“我们将这个成为隐蔽接触，因为金属隐藏在硅纳米柱的阴影之下。不管是什么类型的金属都没关系，对入射光而言几乎看不到。”

除了硅以外，这种新技术也可用于应用广泛的其他半导体材料，包括光传感器、发光二极管以及显示器、透明电池、以及太阳能电池。

能源系海湾地区光伏联盟主任之一Cui说：“大多数的光电器件，通常都是讲半导体和金属接触分开。我们的研究结果表明，可以将这些组件设计并制备在一起，从而获得高性能界面。” 

新材料在线编译整理——翻译：菠菜    校正：摩天轮