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Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

I Ricercatori di Penn State e del MIT Identificano il Nuovo Metodo Per Produrre il Silicio Microwires

Published on February 5, 2011 at 6:09 AM

Microwires ha fatto di silicio - collegare minuscoli con uno spessore comparabile ai capelli umani - ha una vasta gamma di usi possibili, compreso la produzione delle pile solari che possono raccogliere molto più luce solare per una quantità data di materiale che una pila solare convenzionale fatta da un wafer sottile del cristallo del silicio.

Ora i ricercatori dal MIT e da Penn State hanno trovato un modo della produzione dei tali collegare nella quantità in un modo altamente controllato che potrebbe essere riportato in scala fino ad un trattamento su scala industriale, potenzialmente principale alle applicazioni commerciali pratiche.

“Le goccioline Fuse di rame, in cima, dissolvono il silicio di un da un gas ricco di silicio circostante e poi i precipitati del silicio fuori al fondo della goccia per sviluppare gradualmente un microwire del silicio. Questa immagine del microscopio ha avuta colore aggiunto per chiarezza. Cortesia di Immagine di Tonio Buonassisi„

Altri modi di fabbricazione dei tali collegare già sono conosciuti ed i prototipi delle pile solari fatte da loro sono stati prodotti da parecchi ricercatori. Ma questi metodi presentano le limitazioni serie, dice Tonio Buonassisi, il professor del MIT dell'ingegneria meccanica e un co-author di un documento sul lavoro recente che recentemente è stato pubblicato online nel giornale Piccolo e presto compariranno nell'edizione della stampa. La Maggior Parte richiedono vari punti extra di fabbricazione, forniscono poco controllo sopra le dimensioni esatte ed il gioco dei collegare e soltanto lavorano alle superfici piane. Al Contrario, il nuovo processo è semplice eppure permette il controllo preciso sopra le dimensioni ed il gioco del collegare e potrebbe essere fatto teoricamente su qualunque genere di superficie curva e 3-D.

Microwires è probabilmente capace di raggiungimento dei risparmi di temi vicino a quelli delle pile solari convenzionali nella conversione della luce solare in elettricità, ma perché i collegare sono così minuscoli agirebbero in tal modo facendo uso soltanto di una piccola frazione di quantità di silicio costoso stata necessaria per le celle convenzionali, così potenzialmente raggiungendo le riduzioni importanti del costo.

Oltre l'uso potenziale ai microwires' in pile solari, altri ricercatori ha proposto che i modi tali collegare microscopici potrebbero essere usati per sviluppare i nuovi generi di transistor e circuiti integrati come pure elettrodi per le batterie avanzate e determinati generi di unità di controllo ambientale. Affinchè qualcuno di questi idee siano pratiche, tuttavia, ci deve essere un metodo di fabbricazione efficiente e evolutivo.

Il nuovo metodo comprende riscaldare ed intenzionalmente contaminare la superficie di una lastra di silicio con il rame, che si diffonde nel silicio. Poi, quando il silicio si raffredda lentamente, il rame si diffonde fuori per formare le goccioline sulla superficie. Poi, quando è collocato in un'atmosfera del gas del tetracloruro del silicio, i microwires del silicio cominciano a svilupparsi esternamente dovunque ci sia una gocciolina di rame sulla superficie. Il Silicio nel gas si dissolve in queste goccioline di rame e poi dopo il raggiungimento una concentrazione sufficiente comincia a precipitare fuori al fondo della gocciolina, sulla superficie del silicio qui sotto. Questa accumulazione di silicio prolunga gradualmente per formare i microwires ciascuno soltanto circa 10 - 20 micrometri (millionths di un metro) attraverso, crescendo dalla superficie. Il trattamento di tutto può essere effettuato ripetutamente su un disgaggio industriale di fabbricazione, Buonassisi dice, o persino potrebbe potenzialmente adattarsi ad un trattamento continuo.

Il gioco dei collegare è gestito dalle tessiture create sulla superficie - fossette minuscole può formare i centri per le goccioline di rame - ma la dimensione dei collegare è gestita dalle temperature usate per la fase della diffusione del trattamento. Quindi, a differenza in altri metodi di produzione, la dimensione ed il gioco dei collegare possono essere controllati indipendentemente da a vicenda, Buonassisi dice.

Il lavoro fatto finora è appena una prova del principio, dice e più lavoro resta fare per trovare le migliori combinazioni di profili termici, di concentrazioni di rame e di superficie modellanti per varie applicazioni, poiché il trattamento tiene conto le differenze di ordini di grandezza nella dimensione dei collegare. Per esempio, resta determinare che spessore e gioco dei collegare produce le pile solari più efficienti. Ma questo lavoro dimostra un potenziale per un genere di pila solare basato su tali collegare che potrebbero bassi costi significativamente, entrambi permettendo l'uso delle qualità inferiori di silicio (cioè meno-alto raffinato), poiché il trattamento della crescita del collegare contribuisce a depurare il materiale ed usando gli importi molto più piccoli, poiché i collegare minuscoli si compongono appena di una frazione minuscola di importo stato necessario per i wafer di cristallo del silicio convenzionale. “Questo è ancora molto in una fase iniziale,„ Buonassisi dice, perché nel decidere di una configurazione per così pila solare “ci sono tante cose da ottimizzare.„

Michael Kelzenberg, uno studioso postdottorale all'Istituto di Tecnologia della California che ha passare i cinque anni ultimi che effettuano la ricerca sui microwires del silicio, dice che mentre altri hanno usato la tecnica della rame-gocciolina per la coltura dei microwires, “Che Cosa è realmente nuovo qui è il metodo di produzione delle quelle goccioline liquide del metallo.„ Mentre altri hanno dovuto collocare le goccioline di rame fuso sulla zolla del silicio, richiedenti le fasi di lavorazione extra, “Buonassisi ed i suoi colleghi hanno indicato che il metallo potesse essere diffuso in anticipo nel substrato della crescita e con il riscaldamento attento ed il raffreddamento, le goccioline del metallo realmente si formeranno da sè - con la posizione e la dimensione corrette.„

Kelzenberg aggiunge che il suo gruppo di ricerca recentemente ha dimostrato che le pile solari del microwire del silicio possono uguagliare il risparmio di temi di odierne pile solari commerciali tipiche. “Penso che più grande rimanere di sfida sia di mostrarlo che questa tecnica è più redditizia o altrimenti utile che altri metodi di produzione del metallo del catalizzatore,„ dica. Ma globale, dice, una certa versione della tecnologia del microwire del silicio “ha il potenziale di permettere alle riduzioni di costo drammatiche„ dei pannelli solari.

Il documento co-è stato creato da Vidya Ganapati' 10, dallo studente di laurea David Fenning, dal collega postdottorale Mariana Bertoni e dallo specialista Alessandria d'Egitto Fecych, tutto della ricerca nel Dipartimento del MIT dell'Ingegneria Meccanica ed in ricercatore postdottorale Chito Kendrick ed il Professor Joan Redwing della Pennsylvania State University. Il lavoro è stato supportato dal Dipartimento Per L'Energia di Stati Uniti, Le Fondamenta della Famiglia di Chesonis ed il National Science Foundation.

Sorgente: http://web.mit.edu/

Last Update: 11. January 2012 10:53

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