Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

De Onderzoekers van MIT en van de Staat Penn Identificeren Nieuwe Methode om Silicium Microwires Te Produceren

Published on February 5, 2011 at 6:09 AM

Microwires van silicium - uiterst kleine draden met een dikte vergelijkbaar met een menselijk haar wordt gemaakt - heeft een brede waaier van mogelijk gebruik, met inbegrip van de productie van zonnecellen die veel meer zonlicht voor een bepaalde hoeveelheid materiaal kan oogsten dan een conventionele die zonnecel van een dun wafeltje van siliciumkristal dat wordt gemaakt.

Nu hebben de onderzoekers van MIT en Staat Penn een manier gevonden om dergelijke draden in hoeveelheid op een hoogst gecontroleerde manier te produceren die tot een proces op industriële schaal zou kunnen worden geschraapt, potentieel leidend tot praktische commerciële toepassingen.

De „Gesmolten druppeltjes van koper, bij bovenkant, lossen silicium uit een omringend silicium-rijk gas, en dan de siliciumprecipitaten op uit bij de bodem van de daling om een silicium geleidelijk aan op te bouwen microwire. Dit die microscoopbeeld heeft kleur gehad voor duidelijkheid wordt toegevoegd. De hoffelijkheid van het Beeld van Tonio Buonassisi“

Andere manieren om dergelijke draden te maken zijn reeds gekend die, en de prototypen van zonnecellen van hen worden gemaakt zijn geproduceerd door verscheidene onderzoekers. Maar deze methodes hebben ernstige beperkingen, zegt professor Buonassisi, MIT van Tonio van werktuigbouw en een medeauteur van een document op het nieuwe werk dat onlangs online in het Kleine dagboek werd gepubliceerd, en zullen spoedig in de af:drukken uitgave verschijnen. De Meesten vereisen verscheidene extra productiestappen, verstrekken weinig controle over de het nauwkeurige grootte en uit elkaar plaatsen van de draden, en slechts werk aangaande vlakke oppervlakten. Door contrast, is het nieuwe proces eenvoudig toestaat nog nauwkeurige controle over de draad afmetingen en het uit elkaar plaatsen, en kon theoretisch op om het even welk soort gebogen, 3-D oppervlakte worden gedaan.

Microwires wordt verondersteld kunnen efficiency dicht bij die van conventionele zonnecellen bereiken in het omzetten van zonlicht in elektriciteit, maar omdat de draden zo uiterst klein zijn zouden zij dit het gebruiken van slechts een kleine fractie van de hoeveelheid duur silicium nodig voor de conventionele cellen doen, waarbij potentieel belangrijke verminderingen van kosten worden bereikt.

Naast het microwires' potentiële gebruik in zonnecellen, heeft andere onderzoekers manieren voorgesteld dergelijke microscopische draden zouden kunnen worden gebruikt om nieuwe soorten transistors en geïntegreerde schakelingen, evenals elektroden voor geavanceerde batterijen en bepaalde soorten milieu controleapparaten te bouwen. Voor om het even welk van deze ideeën praktisch te zijn, echter, moet er een efficiënte, scalable productiemethode zijn.

De nieuwe methode houdt het verwarmen van en opzettelijk het vervuilen van de oppervlakte van een siliciumwafeltje met in koper, dat in het silicium verspreidt. Dan, wanneer het silicium langzaam koelt, verspreidt het koper uit om druppeltjes op de oppervlakte te vormen. Dan, wanneer het in een atmosfeer siliciumtetrachloride gas wordt geplaatst, begint het silicium microwires naar buiten te groeien waar er een koperdruppeltje op de oppervlakte is. Het Silicium in het gas lost in deze koperdruppeltjes op, en dan na het bereiken begint een voldoende concentratie uit bij de bodem van het druppeltje, op de silicium hieronder oppervlakte te storten. Deze opbouw van silicium verlengt geleidelijk aan om microwires elk te vormen slechts ongeveer 10 tot 20 micrometers (miljoensten van een meter) overdwars, groeiend van de oppervlakte. Het gehele proces kan herhaaldelijk op industriële productieschaal worden uitgevoerd, zegt Buonassisi, of zelfs kon potentieel aan een ononderbroken proces worden aangepast.

Het uit elkaar plaatsen van de draden wordt door texturen gecontroleerd op de oppervlakte - uiterst kleine kuiltjes worden gecreeerd kan centra voor de koperdruppeltjes vormen - maar die de grootte van de draden wordt door de temperaturen gecontroleerd voor het verspreidingsstadium worden gebruikt van het proces dat. Aldus, in tegenstelling tot in andere productiemethodes, kunnen de grootte en het uit elkaar plaatsen van de draden onafhankelijk van elkaar worden gecontroleerd, zegt Buonassisi.

Het tot dusver gedaane werk is enkel een bewijs van principe, zegt hij, en meer werk moet nog worden gedaan de beste combinaties temperatuurprofielen, koperconcentraties en oppervlakte vinden vormend voor diverse toepassingen, aangezien het proces voor orde-van-omvang verschillen in de grootte van de draden toestaat. Bijvoorbeeld, moet nog het worden bepaald welke dikte en het uit elkaar plaatsen van draden de meest efficiënte zonnecellen veroorzaakt. Maar die dit werk toont een potentieel voor een soort zonnecel aan op dergelijke draden wordt gebaseerd die beduidend lagere kosten konden, allebei door het gebruik van lagere rangen van silicium (namelijk minder-hoogst geraffineerd) toe te staan, aangezien het proces van de draadgroei helpt om het materiaal te zuiveren, en door veel kleinere hoeveelheden het te gebruiken, aangezien de uiterst kleine draden uit enkel een uiterst kleine fractie van het bedrag nodig voor de conventionele wafeltjes van het siliciumkristal worden samengesteld. „Dit is nog in een zeer vroeg stadium,“ Buonassisi zegt, omdat in het beslissen over een configuratie voor zulk een zonnecel „er zo vele te optimaliseren dingen zijn.“

Michael Kelzenberg, een post-doctorale geleerde bij het Instituut van Californië van Technologie dat de laatste vijf jaar doend onderzoek naar silicium microwires heeft doorgebracht, zegt dat terwijl anderen de koper-druppeltje techniek hebben gebruikt om te groeien microwires, „Wat hier is de methode om die vloeibare metaaldruppeltjes te produceren.“ werkelijk nieuw is Terwijl anderen de druppeltjes van gesmolten koper op de siliciumplaat hebben moeten plaatsen, vereisend extra verwerkingsstappen, „Buonassisi en zijn collega's hebben aangetoond dat het metaal in het de groeisubstraat kan vooraf worden verspreid, en door het zorgvuldige verwarmen en het koelen, zullen de metaaldruppeltjes zich eigenlijk op hun - met de correcte positie en de grootte.“ vormen

Kelzenberg voegt toe dat zijn onderzoeksteam onlangs heeft aangetoond dat de silicium microwire zonnecellen de efficiency van de typische commerciële zonnecellen van vandaag kunnen evenaren. „Ik denk de grootste uitdaging die aan te tonen dat deze techniek rendabeler of anders voordelig dan andere de productiemethodes van het katalysatormetaal is blijft,“ hij zegt is. Maar globaal, zegt hij, heeft één of andere versie van silicium microwire technologie „het potentieel om dramatische kostenverminderingen“ van zonnepanelen toe te laten.

Het document was mede gecreëerd door Vidya Ganapati' 10, doctorale student David Fenning, post-doctorale medeMariana Bertoni, en onderzoekspecialist Alexandrië Fecych, allen in de Afdeling van MIT van Werktuigbouw, en post-doctorale onderzoeker Chito Kendrick en Professor Joan Redwing van de Universiteit van de Staat van Pennsylvania. Het werk werd gesteund door het Ministerie van de V.S. van Energie, de Stichting van de Familie Chesonis en de Nationale Stichting van de Wetenschap.

Bron: http://web.mit.edu/

Last Update: 11. January 2012 10:46

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