Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

MIT και Penn State ερευνητές Εντοπισμός Νέα Μέθοδος για την παραγωγή Microwires Silicon

Published on February 5, 2011 at 6:09 AM

Microwires κατασκευασμένα από πυρίτιο - μικροσκοπικά καλώδια με πάχος ανάλογο με μιας ανθρώπινης τρίχας - έχουν ένα ευρύ φάσμα πιθανών χρήσεων, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής των ηλιακών κυττάρων που μπορούν να τη συγκομιδή πολύ περισσότερο φως του ήλιου για μια δεδομένη ποσότητα του υλικού από ένα συμβατικό ηλιακό κύτταρο γίνεται από ένα λεπτή γκοφρέτα πυριτίου κρυστάλλου.

Τώρα, ερευνητές από το MIT και το Penn State έχουν βρει έναν τρόπο παραγωγής αυτών των καλωδίων σε ποσότητα σε ένα ιδιαίτερα ελεγχόμενο τρόπο που θα μπορούσε να κλιμακωθεί σε μια βιομηχανική κλίμακα διαδικασία, που οδηγούν δυνητικά σε πρακτικές εμπορικές εφαρμογές.

«Λιωμένο σταγονίδια του χαλκού, στην κορυφή, τη διάλυση πυριτίου από ένα γύρω πυριτίου πλούσια σε φυσικό αέριο, και στη συνέχεια το πυρίτιο καταβυθίζεται έξω στο κάτω μέρος της πτώσης για να διαμορφώσει σταδιακά μια microwire πυριτίου. Αυτή η εικόνα μικροσκόπιο έχει χρώμα προστίθεται για λόγους σαφήνειας. Χορηγία εικόνας από Tonio Buonassisi "

Άλλοι τρόποι για να καταστεί, όπως καλώδια ήδη γνωστό, και τα πρωτότυπα των ηλιακών κυττάρων που κατασκευάζονται από αυτά έχουν παραχθεί από διάφορους ερευνητές. Αλλά αυτές οι μέθοδοι έχουν σοβαρούς περιορισμούς, λέει ο Tonio Buonassisi, MIT καθηγητής μηχανολογίας και συν-συγγραφέας της ένα έγγραφο σχετικά με το νέο έργο που πρόσφατα δημοσιεύθηκε online στο περιοδικό Μικρό, και θα εμφανιστεί σύντομα στην έντυπη έκδοση. Οι περισσότεροι χρειάζονται αρκετές επιπλέον στάδια της παρασκευής, παρέχει περιορισμένο έλεγχο στην ακριβή μεγέθη και την απόσταση των καλωδίων, και λειτουργούν μόνο σε επίπεδες επιφάνειες. Αντίθετα, η νέα διαδικασία είναι απλή αλλά και επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο πάνω από τις διαστάσεις καλωδίων και την απόσταση, και θα μπορούσε θεωρητικά να γίνει σε κάθε είδους καμπύλες, 3-D επιφάνεια.

Microwires πιστεύεται ότι είναι ικανές να επιτύχουν αποδόσεις παρόμοιες με εκείνες των συμβατικών ηλιακών κυψελών σε μετατροπή του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια, αλλά επειδή τα καλώδια είναι τόσο μικρό που θα το κάνουν χρησιμοποιώντας μόνο ένα μικρό κλάσμα του ποσού του ακριβού πυριτίου που απαιτείται για το συμβατικό κυττάρων, επιτυγχάνοντας έτσι τη δυνατότητα για σημαντικές μειώσεις του κόστους.

Εκτός από τη χρήση δυναμικό microwires »σε ηλιακά κύτταρα, άλλοι ερευνητές έχουν προτείνει τρόπους, όπως μικροσκοπικά καλώδια θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή νέων ειδών ημιαγωγών και ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, καθώς και ηλεκτρόδια για προηγμένες μπαταρίες και ορισμένα είδη περιβαλλοντικών συσκευών παρακολούθησης. Για οποιαδήποτε από αυτές τις ιδέες για να είναι πρακτικό, ωστόσο, πρέπει να υπάρχει μια αποτελεσματική, επεκτάσιμη μέθοδο παρασκευής τους.

Η νέα μέθοδος περιλαμβάνει θέρμανση και εκ προθέσεως μόλυνση στην επιφάνεια ενός wafer πυριτίου με το χαλκό, η οποία διαχέεται στο πυρίτιο. Στη συνέχεια, όταν το πυρίτιο ψύχεται με αργό ρυθμό, ο χαλκός διαχέεται έξω για να σχηματίσουν σταγονίδια στην επιφάνεια. Στη συνέχεια, όταν τοποθετείται σε μια ατμόσφαιρα αερίων τετραχλωριούχο πυρίτιο, το πυρίτιο microwires αρχίζουν να αυξάνονται προς τα έξω, όπου υπάρχει μια σταγόνα του χαλκού στην επιφάνεια. Silicon στο φυσικό αέριο διαλύεται σε αυτά τα σταγονίδια του χαλκού, και μετά από την επίτευξη επαρκούς συγκέντρωσης αρχίζει να σχηματίζει ίζημα στο κάτω μέρος της σταγόνας, πάνω στην επιφάνεια πυριτίου κάτω. Αυτή η συγκέντρωση του πυριτίου επιμηκύνει σταδιακά για να σχηματίσουν microwires καθένα μόνο περίπου 10 έως 20 μικρόμετρα (εκατομμυριοστά του μέτρου) σε όλη, μεγαλώνουν από την επιφάνεια. Η όλη διαδικασία μπορεί να πραγματοποιηθεί κατ 'επανάληψη, σε βιομηχανική κλίμακα παραγωγής, Buonassisi λέει, ή ακόμη και θα μπορούσαν ενδεχομένως να προσαρμοστεί σε μια συνεχή διαδικασία.

Η απόσταση από τα καλώδια που ελέγχεται από υφές δημιουργούνται στην επιφάνεια - μικροσκοπικά λακκάκια μπορούν να αποτελέσουν κέντρα για τα σταγονίδια του χαλκού - αλλά το μέγεθος των καλωδίων ελέγχεται από τις θερμοκρασίες που χρησιμοποιούνται για το στάδιο της διάδοσης της διαδικασίας. Έτσι, σε αντίθεση με άλλες μεθόδους παραγωγής, το μέγεθος και την απόσταση των καλωδίων μπορεί να ελέγχεται ανεξάρτητα μεταξύ τους, Buonassisi λέει.

Οι εργασίες που πραγματοποιήθηκαν μέχρι στιγμής είναι απλά μια απόδειξη της αρχής, λέει, και περισσότερη δουλειά απομένει να γίνει για να βρείτε τους καλύτερους συνδυασμούς του προφίλ θερμοκρασίας, οι συγκεντρώσεις χαλκού και σχηματομόρφωσης επιφάνεια για διάφορες εφαρμογές, δεδομένου ότι η διαδικασία επιτρέπει για τις παραγγελίες του κύκλου μεγέθους διαφορές στο μέγεθος των καλωδίων. Για παράδειγμα, μένει να καθοριστεί τι πάχος και την απόσταση των καλωδίων παράγει η πιο αποτελεσματική ηλιακά κύτταρα. Αλλά αυτό το έργο δείχνει μια δυνατότητα για ένα είδος ηλιακών κυττάρων βασίζονται σε τέτοιου είδους καλώδια που θα μπορούσαν σημαντικά χαμηλότερο κόστος, τόσο από επιτρέποντας τη χρήση τους χαμηλότερους βαθμούς του πυριτίου (δηλαδή, λιγότερο ραφιναρισμένα), δεδομένου ότι η διαδικασία της αύξησης καλωδίων βοηθά στην καθαρίσει το υλικό, και με τη χρήση πολύ μικρότερα ποσά από αυτό, καθώς τα μικροσκοπικά καλώδια που αποτελείται από μόλις ένα μικρό κλάσμα του ποσού που απαιτείται για τα συμβατικά γκοφρέτες κρύσταλλο πυριτίου. "Αυτό είναι ακόμα σε πολύ πρώιμο στάδιο», λέει ο Buonassisi, επειδή κατά τη λήψη αποφάσεων σχετικά με μια ρύθμιση παραμέτρων για μια τέτοια ηλιακό κύτταρο "υπάρχουν τόσα πολλά πράγματα για τη βελτιστοποίηση της."

Michael Kelzenberg, ένας μεταδιδακτορικός υπότροφος στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια, που έχει περάσει τα τελευταία πέντε χρόνια να κάνει την έρευνα για microwires πυριτίου, λέει ότι οι άλλοι, ενώ έχουν χρησιμοποιήσει το χαλκό-σταγόνα τεχνική για την καλλιέργεια microwires, "Αυτό που είναι πραγματικά νέο εδώ είναι η μέθοδος παραγωγής αυτά υγρά σταγονίδια μέταλλο. "Ενώ άλλοι έπρεπε να πραγματοποιηθεί τα σταγονίδια του λειωμένου χαλκού πάνω στην πλάκα πυριτίου, που απαιτούν επιπλέον βήματα επεξεργασίας," Buonassisi και οι συνεργάτες του έχουν δείξει ότι το μέταλλο μπορεί να διαχέεται στο υπόστρωμα ανάπτυξης των προτέρων, και μέσω της προσεκτικής θέρμανσης και ψύξης, τα σταγονίδια μέταλλο θα είναι πράγματι μορφή από μόνοι τους - με τη σωστή θέση και το μέγεθος ».

Kelzenberg προσθέτει ότι η ερευνητική του ομάδα έχει πρόσφατα αποδειχθεί ότι το πυρίτιο που microwire ηλιακά κύτταρα μπορεί να ισούται με την αποτελεσματικότητα των τυπικών εμπορικών ηλιακών κυττάρων του σήμερα. «Νομίζω ότι η μεγαλύτερη πρόκληση που απομένει είναι να δείξει ότι η τεχνική αυτή είναι πιο αποδοτική ή άλλως ωφέλιμη σε σχέση με άλλες μεθόδους παραγωγής καταλύτης μετάλλου," λέει. Αλλά συνολικά, λέει, κάποια έκδοση του πυριτίου microwire τεχνολογίας »έχει τη δυνατότητα να επιτρέπουν δραστική μείωση του κόστους" των ηλιακών συλλεκτών.

Το χαρτί που ήταν συν-συγγραφέας από Vidya Ganapati '10, διδακτορικός φοιτητής Ντέιβιντ Fenning, μεταδιδακτορικός υπότροφος Mariana Bertoni, και ειδικευμένα ερευνητικά Αλεξάνδρεια Fecych, όλα στο Τμήμα ΜΙΤ Μηχανολόγων Μηχανικών, και μεταδιδακτορικός ερευνητής Chito Kendrick και ο καθηγητής Joan Κοκκινότσιχλα του Pennsylvania State University. Το έργο χρηματοδοτήθηκε από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, το Ίδρυμα Οικογένειας Chesonis και το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών.

Πηγή: http://web.mit.edu/

Last Update: 6. October 2011 05:23

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit