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Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

MIT および Penn State の研究者はケイ素 Microwires を作り出すために新しい方法を識別します

Published on February 5, 2011 at 6:09 AM

Microwires はケイ素 - 人間の毛髪と対等な厚さの小さいワイヤー - の持っていますケイ素の水晶の薄いウエファーからなされる慣習的な太陽電池より一定の材料のための大いにより多くの日光を収穫できる太陽電池の生産を含む可能な使用の広い範囲を、作りました。

ここで MIT および Penn State からの研究者は実用的な商用アプリケーションに一流産業スケールプロセスまで位取りできる非常に制御された方法で量のそのようなワイヤーを作り出す方法を可能性としては見つけました。

「銅の溶解したしぶきは、上で周囲のケイ素が豊富なガスから、ケイ素、および低下の底でそれから次第にケイ素の microwire を造り上げるためにケイ素の沈殿物を分解します。 この顕微鏡の画像に明確にするために追加されるカラーがありました。 Tonio Buonassisi の画像礼儀」

そのようなワイヤーを作る他の方法は既に知られ、それらからなされる何人かの研究者によって太陽電池のプロトタイプは作り出されました。 しかしこれらの方法に深刻な限定がありましたり、 Tonio Buonassisi、機械工学の MIT 教授および小さいジャーナルで最近オンラインで出版された言いプリント版でやがて書かれています新規工事のペーパーの共著者を。 ほとんどは複数の余分製造業のステップを必要としましたり、ワイヤーの実寸そして間隔の少し制御を提供し、平面でだけ動作します。 対照によって、新しいプロセスは簡単でけれどもワイヤー次元および間隔の精密な制御を可能にし、あらゆる種類の曲げられた、 3D 表面で論理上することができます。

Microwires は電気に日光を変換することの慣習的な太陽電池のそれらの近くの効率に達することができる考えられが従ってワイヤーがとても小さいので慣習的なセルのために必要とされた高いケイ素のわずか量だけを使用してそうしま可能性としては費用の主要な減少を達成します。

microwires のに加えて」太陽電池の潜在的な使用は、他の研究者新しい種類の高度電池のためのトランジスターをおよび集積回路、また電極およびある特定の種類の環境モニタリング装置構築するのに方法がそのような顕微鏡ワイヤー使用できることを提案しました。 しかし実用的であるこれらの考えの何れかのため効率的な、スケーラブル製造方法がなければなりません。

新しい方法はケイ素に拡散する銅とシリコンの薄片の表面を熱し、計画的に汚染することを含みます。 それからケイ素がゆっくり冷却するとき、銅は表面のしぶきを形作るために拡散します。 それからそれがケイ素の四塩化物のガスの大気に置かれるとき、ケイ素の microwires は表面に銅のしぶきがあるところはどこでも外側に育ち始めます。 ガスのケイ素はこれらの銅のしぶきに分解し、それから達することの後で十分な集中は次ケイ素の表面にしぶきの底で、沈殿し始めます。 ケイ素のこの集結は次第に microwires をそれぞれ約 10 から 20 マイクロメートルただ (メートルの millionths) 形作るために延長しま表面から育ちます。 全プロセスは産業製造業のスケールで繰り返し遂行することができます Buonassisi は言いましたり、また更に連続プロセスに可能性としては適応することができます。

ワイヤーの間隔は表面で作成される質 - 小さい窪みによって銅のしぶきのための中心を形作ることができます - 制御されますが、ワイヤーのサイズはプロセスの拡散の段階に使用する温度によって制御されます。 従って、他の生産方法にとは違って、ワイヤーのサイズそして間隔は互いとは関係なく制御されますと Buonassisi は言います。

今のところできている作業は主義のちょうど証拠です、彼は言い、さまざまなアプリケーションのために模造する温度プロフィール、銅の集中および表面の最もよい組合せをプロセスがワイヤーのサイズの順序の大きさの相違を可能にするので見つけるためにより多くの作業はされることを残ります。 例えば、それはワイヤーのどんな厚さそして間隔が最も効率的な太陽電池を作り出すか定められることを残ります。 しかしこの作業は小さいワイヤーが慣習的なケイ素の水晶ウエファーのために必要とされるちょうどほんの一部分の量より構成されているのでワイヤー成長のプロセスが材料の浄化を助けるとそれの大いに少量を使用すること示しますので基づいて太陽電池の種類のための潜在性をかなりより低いコストできたそのようなワイヤー、によって両方にの低級の使用をケイ素 (すなわち、精製されるより少なく高) 許可すること。 「これは非常に初期にまだありますある、非常に太陽電池のための構成の決定」に 「最適化するべきそう多くの事が」。 Buonassisi はので、言います

他が microwires を育てるための銅しぶきの技術を使用する間、 「とミハエル Kelzenberg のケイ素の microwires の研究をする最後の 5 年を過ごしたカリフォルニア工科大学の博士課程終了後の学者は言います何が実際に新しいですここにですそれらの液体の金属のしぶきを作り出す方法は」。 他がケイ素の版に溶解した銅のしぶきを置かなければならない間、金属が成長の基板にあらかじめ拡散させることができ注意深い暖房および冷却によって、金属のしぶきが - 正しい位置およびサイズと…実際に」。自分自身で形作ることを余分な物の処理ステップを必要とする、 「Buonassisi および彼の同僚は示しました

Kelzenberg はケイ素の microwire の太陽電池が今日の典型的な商業太陽電池の効率に匹敵できることを彼の研究グループが最近示してしまった付け加えます。 「私は最も大きい挑戦残ることが言うと」、彼をこの技術が他の触媒の金属の生産方法より費用有効または別の方法で有利であること示すことであることを考えます。 しかし全面的、彼は言います、ケイ素の microwire の技術のバージョンに 「太陽電池パネルの劇的なコスト低減」を可能にする潜在性があります。

ペーパーは Vidya Ganapati」 10、博士課程の学生デイヴィッド Fenning、マリアナ Bertoni 博士研究員、およびアレキサンドリア Fecych、 MIT の機械工学の部、および Chito Kendrick および教授ジョアン Redwing ペンシルバニア州立大学のポストドクターのすべて研究の専門家によって共著されました。 作業は、 Chesonis グループの基礎および全米科学財団米国エネルギー省によってサポートされました。

ソース: http://web.mit.edu/

Last Update: 11. January 2012 09:23

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