Site Sponsors
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

MIT dan Penn State Peneliti Identifikasi Metode Baru untuk Menghasilkan microwires Silicon

Published on February 5, 2011 at 6:09 AM

Microwires terbuat dari silikon - kabel kecil dengan ketebalan sebanding dengan rambut manusia - memiliki berbagai kegunaan yang mungkin, termasuk produksi sel surya yang dapat panen banyak sinar matahari lebih untuk jumlah yang diberikan bahan dari sel surya konvensional yang terbuat dari tipis wafer silikon kristal.

Kini para peneliti dari MIT dan Penn State telah menemukan cara memproduksi kabel seperti dalam kuantitas dengan cara yang sangat terkendali yang dapat ditingkatkan untuk proses industri skala, berpotensi menyebabkan aplikasi komersial praktis.

"Tetesan cair dari tembaga, di atas, melarutkan silikon keluar dari silikon gas yang kaya di sekitarnya, dan kemudian silikon presipitat di bagian bawah drop untuk secara bertahap membangun sebuah microwire silikon. Ini gambar mikroskop memiliki warna yang ditambahkan untuk kejelasan. Gambar milik Tonio Buonassisi "

Cara lain untuk membuat kabel tersebut sudah diketahui, dan prototipe sel surya yang terbuat dari mereka telah diproduksi oleh beberapa peneliti. Tetapi metode ini memiliki keterbatasan serius, kata Tonio Buonassisi, MIT profesor teknik mekanik dan rekan-penulis dari kertas pada pekerjaan baru yang baru-baru ini dipublikasikan secara online dalam jurnal Kecil, dan segera akan muncul dalam edisi cetak. Kebanyakan memerlukan beberapa langkah manufaktur tambahan, memberikan sedikit kontrol atas ukuran yang tepat dan jarak dari kabel, dan hanya bekerja pada permukaan datar. Sebaliknya, proses baru sederhana namun memungkinkan kontrol yang lebih tepat dimensi kawat dan jarak, dan secara teoritis dapat dilakukan pada setiap jenis permukaan melengkung, 3-D.

Microwires dianggap mampu mencapai efisiensi yang dekat dengan sel surya konvensional dalam mengkonversi sinar matahari menjadi listrik, tapi karena kabel sangat kecil mereka akan melakukannya dengan menggunakan hanya sebagian kecil dari jumlah silikon yang mahal diperlukan untuk sel-sel konvensional, sehingga berpotensi mencapai pengurangan besar dalam biaya.

Selain menggunakan potensi microwires 'dalam sel surya, peneliti lain telah mengusulkan cara mikroskopis kabel tersebut dapat digunakan untuk membangun jenis baru dari transistor dan sirkuit terpadu, serta elektroda untuk baterai maju dan beberapa jenis perangkat pemantauan lingkungan. Untuk setiap gagasan ini menjadi praktis, bagaimanapun, harus ada metode, manufaktur yang efisien scalable.

Metode baru ini melibatkan pemanasan dan sengaja mencemari permukaan wafer silikon dengan tembaga, yang berdifusi ke dalam silikon. Kemudian, ketika silikon perlahan-lahan mendingin, tembaga berdifusi keluar untuk membentuk tetesan di permukaan. Kemudian, ketika ditempatkan dalam suasana gas silikon tetraklorida, microwires silikon mulai tumbuh keluar mana pun ada tetesan tembaga di permukaan. Silikon dalam gas larut ke dalam tetesan tembaga, dan kemudian setelah mencapai konsentrasi yang cukup mulai mengendap di bagian bawah droplet, ke permukaan silikon di bawah ini. Ini penumpukan dari silikon secara bertahap untuk membentuk microwires memanjang masing-masing hanya sekitar 10 sampai 20 mikrometer (sepersejuta meter) di, tumbuh dari permukaan. Seluruh proses dapat dilakukan berulang kali pada skala industri manufaktur, Buonassisi kata, atau bahkan berpotensi dapat disesuaikan dengan proses yang berkesinambungan.

Jarak dari kabel dikendalikan oleh tekstur dibuat pada permukaan - lesung kecil dapat membentuk pusat untuk tetesan tembaga - tetapi ukuran kabel dikendalikan oleh suhu digunakan untuk tahap difusi proses. Jadi, tidak seperti dalam metode produksi lainnya, ukuran dan jarak dari kabel dapat dikontrol secara independen satu sama lain, kata Buonassisi.

Pekerjaan yang dilakukan sejauh ini hanya bukti prinsip, katanya, dan bekerja lebih masih harus dilakukan untuk menemukan kombinasi terbaik dari profil suhu, konsentrasi tembaga dan pola permukaan untuk berbagai aplikasi, karena proses memungkinkan untuk perintah-besarnya- perbedaan dalam ukuran kabel. Misalnya, masih harus ditentukan apa yang ketebalan dan jarak dari kawat menghasilkan sel surya paling efisien. Tapi pekerjaan ini menunjukkan potensi untuk jenis sel surya berbasis pada kabel seperti yang dapat menurunkan biaya secara signifikan, baik oleh memungkinkan penggunaan nilai lebih rendah dari silikon (yaitu, kurang-sangat halus), karena proses pertumbuhan kawat membantu untuk memurnikan materi, dan dengan menggunakan jumlah yang lebih kecil dari itu, karena kabel kecil terdiri dari hanya sebagian kecil dari jumlah yang dibutuhkan untuk wafer kristal silikon konvensional. "Ini masih dalam tahap sangat awal," kata Buonassisi, karena dalam memutuskan konfigurasi untuk seperti sel surya "ada begitu banyak hal untuk mengoptimalkan."

Michael Kelzenberg, seorang sarjana postdoctoral di Institut Teknologi California yang telah menghabiskan lima tahun terakhir melakukan penelitian di microwires silikon, mengatakan bahwa orang lain sementara telah menggunakan teknik tembaga-tetesan untuk microwires tumbuh, "Apa yang benar-benar baru di sini adalah metode untuk memproduksi mereka tetesan logam cair. "Sementara yang lain harus menempatkan tetesan tembaga cair pada pelat silikon, membutuhkan langkah-langkah pengolahan tambahan," Buonassisi dan rekan-rekannya telah menunjukkan bahwa logam dapat menyebar ke dalam substrat pertumbuhan sebelumnya, dan melalui pemanasan hati-hati dan pendinginan, tetesan logam benar-benar akan membentuk mereka sendiri - dengan posisi yang benar dan ukuran ".

Kelzenberg menambahkan bahwa kelompok penelitiannya baru-baru ini menunjukkan bahwa sel surya silikon microwire bisa menyamai efisiensi sel khas hari ini surya komersial. "Saya pikir tantangan terbesar yang tersisa adalah untuk menunjukkan bahwa teknik ini lebih efektif biaya atau menguntungkan daripada metode produksi katalis logam lainnya," katanya. Tapi secara keseluruhan, katanya, beberapa versi dari silikon microwire teknologi "memiliki potensi untuk memungkinkan pengurangan biaya dramatis" dari panel surya.

Makalah ini adalah co-ditulis oleh Vidya, Ganapati '10 mahasiswa doktoral David Fenning, postdoctoral sesama Mariana Bertoni, dan penelitian spesialis Alexandria Fecych, semua di MIT Departemen Teknik Mesin, dan peneliti postdoctoral Chito Kendrick dan Profesor Joan Redwing dari Pennsylvania State University. Penelitian ini didukung oleh Departemen Energi AS, Chesonis Family Foundation dan National Science Foundation.

Sumber: http://web.mit.edu/

Last Update: 12. October 2011 07:30

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