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Les Chercheurs de MIT et d'État de Penn Recensent la Méthode Neuve Pour Produire le Silicium Microwires

Published on February 5, 2011 at 6:09 AM

Microwires a effectué du silicium - fils minuscules avec une épaisseur comparable à des cheveux - ont un large éventail d'utilisations possibles, y compris la production des piles solaires qui peuvent moissonner beaucoup plus de lumière solaire pour une quantité donnée de matériau qu'une pile solaire conventionnelle effectuée à partir d'un disque mince de cristal de silicium.

Maintenant les chercheurs du MIT et de l'État de Penn ont trouvé une voie de produire de tels fils dans la quantité d'une manière dont hautement réglée pourrait être évalué jusqu'à un procédé à échelle industrielle, potentiellement conduisant aux applications commerciales pratiques.

« Les gouttelettes Fondues du cuivre, en haut, dissolvent le silicium hors d'un gaz riche en silicium environnant, et alors les précipités de silicium à l'extérieur au bas de la goutte pour accumuler graduellement un microwire de silicium. Cette image de microscope a eu la couleur ajoutée pour la clarté. Accueil d'Image de Tonio Buonassisi »

D'Autres voies d'effectuer de tels fils sont déjà connues, et des prototypes des piles solaires effectuées à partir de elles ont été produits par plusieurs chercheurs. Mais ces méthodes ont des limitations sérieuses, indiquent Tonio Buonassisi, professeur de MIT de l'industrie mécanique et un co-auteur d'un papier sur les travaux récents qui ont été récent publiés en ligne dans le Petit de tourillon, et apparaîtront bientôt dans l'édition imprimée. Les La Plupart exigent plusieurs phases supplémentaires de fabrication, fournissent peu de contrôle des tailles exactes et de l'écartement des fils, et travaillent seulement aux surfaces planes. En Revanche, le procédé neuf est simple pourtant permet le contrôle précis des cotes et de l'écartement de fil, et pourrait théoriquement être fait sur n'importe quel genre de surface incurvée et à trois dimensions.

Microwires sont vraisemblablement capable d'atteindre des efficiences près de ceux des piles solaires conventionnelles en convertissant la lumière solaire en électricité, mais parce que les fils sont si minuscules ils feraient ainsi utilisant seulement une petite part de quantité de silicium cher requise pour les cellules conventionnelles, de ce fait potentiellement réalisant des réductions importantes de coût.

L'utilisation potentielle En plus de microwires' en piles solaires, d'autres chercheurs ont des voies proposées que de tels fils microscopiques pourraient être employés pour établir des genres neufs de transistors et de circuits intégrés, ainsi que des électrodes pour les batteries avancées et certains genres de dispositifs de contrôle de l'environnement. Pour Que l'un de ces idées soient pratiques, cependant, il doit y a une méthode de fabrication efficace et évolutive.

La méthode neuve concerne chauffer et contaminer intentionnellement la surface d'un disque de silicium avec le cuivre, qui diffuse dans le silicium. Puis, quand le silicium se refroidit lentement, le cuivre diffuse à l'extérieur pour former des gouttelettes sur la surface. Puis, quand il est mis dans une ambiance de gaz de tétrachlorure de silicium, les microwires de silicium commencent à se développer vers l'extérieur partout où il y a une gouttelette de cuivre sur la surface. Le Silicium dans le gaz dissout dans ces gouttelettes de cuivre, et alors après extension une concentration suffisante commence à précipiter à l'extérieur au bas de la gouttelette, sur la surface de silicium ci-dessous. Cet habillage de silicium prolonge graduellement pour former des microwires chacun seulement les environ 10 à 20 micromètres (millionths d'un compteur) à travers, grandissant de la surface. Le procédé entier peut être suivi à plusieurs reprises sur une échelle industrielle de fabrication, Buonassisi dit, ou même pourrait potentiellement être adapté à un procédé continu.

L'écartement des fils est réglé par des textures produites sur la surface - bosses minuscules peut former des centres pour les gouttelettes de cuivre - mais la taille des fils est réglée par les températures utilisées pour le stade de diffusion du procédé. Ainsi, à la différence de dans d'autres méthodes de production, la taille et l'écartement des fils peuvent être réglés indépendamment de l'un l'autre, Buonassisi dit.

Le travail effectué jusqu'ici est juste une épreuve de principe, il dit, et plus de travail reste à effectuer pour trouver les meilleures combinaisons des profils de température, des concentrations de cuivre et de la surface modelant pour différentes applications, puisque le procédé tient compte des différences de commande-de-grandeur dans la taille des fils. Par exemple, il reste à déterminer quels épaisseur et écartement des fils produit les piles solaires les plus efficaces. Mais ce travail explique un potentiel pour un genre de pile solaire basé sur de tels fils qui pourraient sensiblement plus à prix réduit, les deux en permettant l'utilisation des qualités inférieures du silicium (c'est-à-dire, less-highly poli), puisque le procédé de l'accroissement de fil aide à épurer le matériau, et à l'aide d'un peu de lui beaucoup, puisque les fils minuscules se composent juste d'une toute petite part de montant requis pour les disques en cristal de silicium conventionnel. « C'est toujours dans très un stade précoce, » Buonassisi dit, parce qu'en décidant d'une configuration pour une pile si solaire « il y a tant de choses à les optimiser. »

Michael Kelzenberg, un chercheur post-doctoral à l'Institut de Technologie de la Californie qui a passé les cinq dernières années faisant la recherche sur des microwires de silicium, dit que tandis que d'autres ont utilisé la technique de cuivre-gouttelette pour élever des microwires, « Ce Qu'il Y a de neuf réellement voici la méthode de produire ces gouttelettes liquides en métal. » Tandis Que d'autres ont dû mettre les gouttelettes du cuivre fondu sur la plaque de silicium, exigeant des étapes de traitement de frais supplémentaires, « Buonassisi et ses collègues ont prouvé que le métal peut être diffusé dans le substrat d'accroissement à l'avance, et par le chauffage attentif et le refroidissement, les gouttelettes en métal formeront réellement toutes seules - avec la position et la taille correctes. »

Kelzenberg ajoute que son organisme de recherche a récent expliqué que les piles solaires de microwire de silicium peuvent égaler l'efficience des piles solaires commerciales typiques d'aujourd'hui. « Je pense que rester de défi le plus grand est de l'afficher que cette technique est plus rentable ou autrement avantageuse que d'autres méthodes de production en métal de catalyseur, » dit. Mais général, il dit, une certaine version de technologie de microwire de silicium « a le potentiel d'activer des réductions des coûts excessives » des panneaux solaires.

Le papier Co-a été écrit par Vidya Ganapati' 10, étudiant au doctorat David Fenning, boursier post-doctoral Marianne Bertoni, et spécialiste l'Alexandrie Fecych, tout en recherches dans le Service du MIT de l'Industrie Mécanique, et le chercheur post-doctoral Chito Kendrick et Professeur Joan Redwing de l'Université De L'Etat De Pennsylvanie. Le travail a été supporté par le Département de l'Énergie des États-Unis, la Fondation de Famille de Chesonis et le National Science Foundation.

Source : http://web.mit.edu/

Last Update: 11. January 2012 10:48

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