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Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

Los Investigadores del MIT y del Estado de Penn Determinan Nuevo Método Para Producir el Silicio Microwires

Published on February 5, 2011 at 6:09 AM

Microwires hizo del silicio - cables minúsculos con un espesor comparable a un cabello humano - tiene una amplia gama de aplicaciones posibles, incluyendo la producción de células solares que pueden cosechar mucho más luz del sol para una determinada cantidad de material que una célula solar convencional hecha de un fulminante fino del cristal del silicio.

Ahora los investigadores del MIT y del Estado de Penn han encontrado una manera de producir tales cables en cantidad de una manera altamente controlada que se podría escalar hasta un proceso a nivel industrial, potencialmente de cabeza a las aplicaciones comerciales prácticas.

Las “gotitas Fundidas del cobre, en la parte superior, disuelven el silicio fuera de un gas silicio-rico circundante, y entonces los precipitados del silicio fuera en la parte inferior de la caída para aumentar gradualmente un microwire del silicio. Esta imagen del microscopio ha tenido color adicional para mayor clareza. Cortesía de Imagen de Tonio Buonassisi”

Otras maneras de hacer tales cables se saben ya, y los prototipos de las células solares hechas de ellas han sido producidos por varios investigadores. Pero estos métodos tienen limitaciones serias, dicen Tonio Buonassisi, el profesor del MIT de la ingeniería industrial y a un co-autor de un documento sobre la nueva obra que fue publicada recientemente en línea en el gorrón Pequeño, y pronto aparecerán en la edición de la huella. La Mayoría requieren varios pasos de progresión extras de la fabricación, proporcionan a poco mando sobre las tallas exactas y la separación de los cables, y trabajan solamente en superficies planas. Por El Contrario, el nuevo proceso es simple con todo permite mando exacto sobre las dimensiones y la separación del cable, y se podría hacer teóricamente en cualquier clase de superficie curvada, tridimensional.

Microwires es probablemente capaz de alcanzar eficiencias cerca de los de células solares convencionales en convertir luz del sol a la electricidad, pero porque los cables son tan minúsculos harían tan usando solamente una pequeña parte de la cantidad de silicio costoso necesaria para las células convencionales, así potencialmente logrando reducciones importantes en costo.

Además el uso potencial de los microwires' en células solares, otros investigadores ha propuesto que las maneras tales cables microscópicos se podrían utilizar para construir nuevas clases de transistores y los circuitos integrados, así como los electrodos para las baterías avanzadas y ciertas clases de dispositivos del control del medio ambiente. Para Que ninguno de estos ideas sean prácticas, sin embargo, debe haber un método de fabricación eficiente, escalable.

El nuevo método implica el calentar e intencionalmente el contaminar de la superficie de una oblea de silicio con el cobre, que difunde en el silicio. Entonces, cuando el silicio enfría despacio, el cobre difunde fuera para formar gotitas en la superficie. Entonces, cuando se coloca en una atmósfera del gas del tetracloruro del silicio, los microwires del silicio comienzan a crecer hacia fuera dondequiera que haya una gotita de cobre en la superficie. El Silicio en el gas disuelve en estas gotitas de cobre, y entonces después de alcanzar una suficiente concentración comienza a precipitarse fuera en la parte inferior de la gotita, sobre la superficie del silicio abajo. Esta acumulación del silicio alarga gradualmente para formar los microwires cada uno los solamente cerca de 10 a 20 micrómetros (millionths de un contador) a través, creciendo de la superficie. El proceso entero se puede realizar en varias ocasiones en una escala industrial de la fabricación, Buonassisi dice, o aún podría potencialmente ser adaptado a un proceso contínuo.

La separación de los cables es controlada por las texturas creadas en la superficie - depresiones cónicas minúsculas puede formar los centros para las gotitas de cobre - pero la talla de los cables es controlada por las temperaturas usadas para el escenario de la difusión del proceso. Así, a diferencia en de otros métodos de producción, la talla y la separación de los cables pueden ser controladas independientemente de uno a, Buonassisi dice.

El trabajo hecho hasta ahora es apenas una prueba del principio, él dice, y sigue habiendo más trabajo ser hecho para encontrar las mejores combinaciones de los perfiles de temperatura, de las concentraciones de cobre y de la superficie modelando para las diversas aplicaciones, puesto que el proceso permite diferencias de los órdenes de magnitud en la talla de los cables. Por ejemplo, queda determinar qué espesor y separación de cables produce las células solares más eficientes. Pero este trabajo demuestra un potencial para una clase de célula solar basada en tales cables que podrían costos importante más bajos, ambos permitiendo el uso de calidades más inferiores del silicio (es decir, less-highly refinado), puesto que el proceso del incremento del cable ayuda a purificar el material, y usando cantidades mucho más pequeñas de él, puesto que los cables minúsculos se componen apenas de una pequeñita parte de la cantidad necesaria para los fulminantes cristalinos del silicio convencional. “Esto todavía está en un primero tiempo muy,” Buonassisi dice, porque en decidir sobre una configuración para una célula tan solar “hay tan muchas cosas a optimizar.”

Michael Kelzenberg, escolar postdoctoral en el Instituto de Tecnología de California que ha pasado los cinco años pasados que hacían la investigación sobre microwires del silicio, dice que mientras que otros han utilizado la técnica de la cobre-gotita para crecer microwires, “Cuál es realmente nuevo aquí es el método de producir esas gotitas líquidas del metal.” Mientras Que otros han tenido que poner las gotitas del cobre fundido en la placa del silicio, requiriendo fases de tratamiento del repuesto, “Buonassisi y sus colegas han mostrado que el metal se puede difundir en el substrato del incremento de antemano, y con la calefacción cuidadosa y el enfriamiento, las gotitas del metal formarán real en sus las propio - con la posición y la talla correctas.”

Kelzenberg agrega que su grupo de investigación ha demostrado recientemente que las células solares del microwire del silicio pueden igualar la eficiencia de células solares comerciales típicas de hoy. “Pienso que el sigue habiendo más grande del reto es mostrarlo que esta técnica es más de poco costo o de otra manera beneficiosa que otros métodos de producción del metal del catalizador,” dice. Pero total, él dice, una cierta versión de la tecnología del microwire del silicio “tiene el potencial de activar reducciones de costes dramáticas” de paneles solares.

El papel co-fue sido autor por Vidya Ganapati' 10, el estudiante doctoral David Fenning, el becario postdoctoral Mariana Bertoni, y el especialista Alexandría Fecych, todo de la investigación en el Departamento del MIT de la Ingeniería Industrial, y el investigador postdoctoral Chito Kendrick y Profesor Joan Redwing de la Universidad de Estado de Pennsylvania. El trabajo fue utilizado por el Ministerio de los E.E.U.U. de Energía, Asiento de la Familia de Chesonis y National Science Foundation.

Fuente: http://web.mit.edu/

Last Update: 11. January 2012 09:34

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