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Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

एमआईटी और Penn राज्य शोधकर्ताओं ने नई विधि सिलिकॉन microwires निर्माण पहचानें

Published on February 5, 2011 at 6:09 AM

सिलिकॉन से बने microwires - एक एक मानव बाल करने के लिए तुलनीय मोटाई के साथ छोटे तारों - संभव का उपयोग करता है की एक विस्तृत रेंज है कि एक पारंपरिक सौर सेल से बनाया से एक सामग्री की दी गई राशि के लिए बहुत ज्यादा धूप फसल कर सकते हैं सौर कोशिकाओं के उत्पादन सहित, क्रिस्टल सिलिकॉन की पतली वफ़र.

एमआईटी और Penn राज्य से अब शोधकर्ताओं ने एक अत्यधिक नियंत्रित तरीका है कि एक औद्योगिक पैमाने पर प्रक्रिया करने के लिए पहुंचा सकता है, संभावित व्यावहारिक व्यावसायिक अनुप्रयोगों के लिए अग्रणी में मात्रा में इस तरह के तारों के उत्पादन के एक रास्ता मिल गया है.

तांबे का पिघला हुआ बूंदों, शीर्ष पर, सिलिकॉन भंग एक आस सिलिकॉन युक्त गैस के बाहर, और फिर सिलिकॉन ड्रॉप के नीचे धीरे धीरे ऊपर एक सिलिकॉन Microwire निर्माण पर बाहर precipitates इस माइक्रोस्कोप छवि स्पष्टता के लिए कहा रंग पड़ा है.. Tonio Buonassisi की छवि शिष्टाचार "

जैसे तारों बनाने के अन्य तरीकों को पहले से ही जाना जाता है और उन लोगों से बना सौर कोशिकाओं के प्रोटोटाइप के रूप में कई शोधकर्ताओं द्वारा उत्पादन किया गया है. Tonio Buonassisi, मैकेनिकल इंजीनियरिंग और एक नया काम है कि हाल ही में लघु पत्रिका में ऑनलाइन प्रकाशित एक कागज पर सह लेखक एमआईटी के प्रोफेसर, लेकिन इन विधियों गंभीर सीमाएं हैं कहते हैं, और जल्द ही मुद्रित संस्करण में दिखाई देगा. अधिकांश कई अतिरिक्त विनिर्माण चरणों की आवश्यकता होती है, तारों की सटीक आकार और अंतरालन पर थोड़ा नियंत्रण प्रदान करने के लिए, और केवल फ्लैट सतहों पर काम करते हैं. इसके विपरीत करके, नई प्रक्रिया सरल अभी तक तार आयामों और रिक्ति से अधिक सटीक नियंत्रण की अनुमति देता है, और सैद्धांतिक रूप से घुमावदार, 3 - डी सतह के किसी भी प्रकार पर किया जा सकता है है.

Microwires पारंपरिक बिजली के लिए परिवर्तित धूप में सौर कोशिकाओं के उन लोगों के लिए करीब क्षमता तक पहुँचने के लिए सक्षम होना करने के लिए लगा रहे हैं, लेकिन क्योंकि तार इतने छोटे हैं कि वे ऐसा करना महंगा कोशिकाओं के लिए पारंपरिक आवश्यक सिलिकॉन की राशि का केवल एक छोटा सा अंश का उपयोग होगा, इस प्रकार संभावित लागत में प्रमुख कटौती को प्राप्त करने.

'Microwires सौर कोशिकाओं में संभावित उपयोग के अलावा, अन्य शोधकर्ताओं तरीके ऐसे सूक्ष्म तारों को उन्नत बैटरी और पर्यावरण निगरानी उपकरणों के कुछ प्रकार के लिए ट्रांजिस्टर और एकीकृत परिपथों के नए प्रकार, के रूप में के रूप में अच्छी तरह से इलेक्ट्रोड बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता का प्रस्ताव है. इन विचारों को व्यावहारिक होना किसी के लिए, तथापि, वहाँ एक कुशल, स्केलेबल निर्माण विधि होना चाहिए.

नई विधि हीटिंग शामिल है और जानबूझकर तांबा, जो सिलिकॉन में diffuses के साथ एक सिलिकॉन वफ़र की सतह contaminating. फिर, जब सिलिकॉन धीरे धीरे ठंडा, तांबा बाहर diffuses सतह पर बूंदों के रूप में. तब, जब यह सिलिकॉन टेट्राक्लोराइड गैस के माहौल में रखा जाता है, सिलिकॉन microwires जावक बढ़ने जहाँ कहीं भी सतह पर एक तांबे की छोटी बूंद है शुरू. गैस में सिलिकॉन इन तांबे बूंदों में घुल, और फिर एक पर्याप्त एकाग्रता पहुँचने के बाद छोटी बूंद के नीचे बाहर वेग, सिलिकॉन की सतह पर नीचे शुरू होता है. सिलिकॉन का यह buildup धीरे धीरे के लिए microwires प्रत्येक के बारे में केवल 10 से 20 micrometers (एक मीटर के millionths) के रूप में भर में, सतह से आगे बढ़ रही है elongates. पूरी प्रक्रिया से बाहर किया जा सकता है एक औद्योगिक उत्पादन पैमाने पर बार - बार, Buonassisi कहते हैं, या भी संभावित एक सतत प्रक्रिया के लिए अनुकूलित किया जा सकता है.

छोटे डिम्पल तांबे बूंदों के लिए केन्द्रों के रूप में कर सकते हैं - तारों की रिक्ति सतह पर बनाया textures के द्वारा नियंत्रित किया जाता है लेकिन तारों के आकार प्रक्रिया के प्रसार चरण के लिए इस्तेमाल तापमान द्वारा नियंत्रित किया जाता है. इस प्रकार, अन्य उत्पादन विधियों के विपरीत, और तारों के आकार और अंतरालन एक दूसरे के स्वतंत्र रूप से नियंत्रित कर सकते हैं, Buonassisi कहते हैं.

अब तक काम सिर्फ सिद्धांत का एक सबूत है, वे कहते हैं, और अधिक काम करने के लिए किया जाना बना रहता तापमान प्रोफाइल, तांबा सांद्रता और विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए सतह patterning का सबसे अच्छा संयोजन मिल है, क्योंकि इस प्रक्रिया आदेश के - परिमाण के लिए अनुमति देता है तारों के आकार में अंतर. उदाहरण के लिए, यह निर्धारित किया है और तार की मोटाई रिक्ति क्या सबसे कुशल सौर कोशिकाओं का उत्पादन बनी हुई है. लेकिन इस काम सौर सेल की तरह इस तरह के तारों पर आधारित है कि काफी कम लागत, दोनों सिलिकॉन के निचले ग्रेड (वह यह है कि, कम अत्यधिक परिष्कृत) के उपयोग की अनुमति देकर सकता है, के बाद से तार विकास की प्रक्रिया में मदद करता है के लिए एक संभावित को दर्शाता है शुद्ध सामग्री, और यह की बहुत छोटी मात्रा का उपयोग कर, के बाद से छोटे तारों परंपरागत सिलिकॉन क्रिस्टल वेफर्स के लिए आवश्यक राशि का सिर्फ एक छोटे से अंश का बना रहे हैं. "यह एक बहुत ही प्रारंभिक चरण में अभी भी है" Buonassisi कहते हैं, क्योंकि इस तरह के एक सौर सेल के लिए एक विन्यास पर निर्णय लेने में "वहाँ इतनी सारी बातें कर रहे हैं अनुकूलित करने के लिए."

माइकल Kelzenberg, प्रौद्योगिकी, जो पिछले पांच वर्षों खर्च किया गया है सिलिकॉन microwires पर अनुसंधान कर रही कैलिफोर्निया संस्थान में एक postdoctoral विद्वान कहते हैं, कि जबकि दूसरों को तांबे छोटी बूंद बढ़ती microwires के लिए तकनीक का इस्तेमाल किया है, "क्या वास्तव में नए यहाँ उत्पादन की विधि क्या है उन तरल धातु बूंदों. "जबकि दूसरों को सिलिकॉन प्लेट पर पिघला हुआ तांबे की बूंदों जगह था, अतिरिक्त संसाधन कदम की आवश्यकता है," Buonassisi और उनके सहयोगियों ने पता चला है कि धातु विकास सब्सट्रेट में विसरित किया जा सकता है पहले से, और सावधान हीटिंग के माध्यम से ठंडा, धातु बूंदों वास्तव में अपने दम पर फार्म जाएगा - सही स्थिति और आकार के साथ ".

Kelzenberg कहते हैं कि अपने शोध समूह ने हाल ही में प्रदर्शन किया है कि सिलिकॉन Microwire सौर कोशिकाओं आज के ठेठ वाणिज्यिक सौर कोशिकाओं की दक्षता के बराबर कर सकते हैं. "मुझे लगता है कि सबसे बड़ी शेष चुनौती दिखाने के लिए कि इस तकनीक को और अधिक लागत प्रभावी या अन्यथा अन्य उत्प्रेरक धातु उत्पादन के तरीकों की तुलना में फायदेमंद है," वे कहते हैं. लेकिन कुल मिलाकर, वे कहते हैं, सौर पैनलों की सिलिकॉन Microwire प्रौद्योगिकी के कुछ संस्करण "संभावित करने के लिए नाटकीय लागत में कटौती सक्षम है".

कागज विद्या गणपति '10, डॉक्टरेट छात्र डेविड Fenning, postdoctoral साथी मारियाना Bertoni, और अनुसंधान विशेषज्ञ सिकन्दरिया Fecych, एमआईटी के मैकेनिकल इंजीनियरिंग विभाग में, और postdoctoral शोधकर्ता Chito केंड्रिक और पेंसिल्वेनिया राज्य विश्वविद्यालय के प्रोफेसर जोआन Redwing सह लेखक. काम अमेरिकी ऊर्जा विभाग, Chesonis परिवार फाउंडेशन और राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा समर्थित किया गया था.

स्रोत: http://web.mit.edu/

Last Update: 9. October 2011 03:08

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