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Os Pesquisadores do MIT e do Penn State Identificam o Método Novo Para Produzir o Silicone Microwires

Published on February 5, 2011 at 6:09 AM

Microwires fez do silicone - fios minúsculos com uma espessura comparável a um cabelo humano - tem uma vasta gama de usos possíveis, incluindo a produção de células solares que podem colher muito mais luz solar para uma quantidade dada de material do que uma célula solar convencional feita de uma bolacha fina do cristal do silicone.

Agora os pesquisadores do MIT e do Penn State encontraram uma maneira de produzir tais fios na quantidade em uma maneira altamente controlada que poderia ser escalada até um processo da industrial-escala, potencial principal às aplicações comerciais práticas.

“As gotas Derretidas do cobre, na parte superior, dissolvem o silicone fora de um gás silicone-rico circunvizinho, e os precipitates do silicone na parte inferior da gota para acumular então para fora gradualmente um microwire do silicone. Esta imagem do microscópio teve a cor adicionada para maior clareza. Cortesia de Imagem de Tonio Buonassisi”

Outras maneiras de fazer tais fios são sabidas já, e os protótipos das células solares feitas delas foram produzidos por diversos pesquisadores. Mas estes métodos têm limitações sérias, dizem Tonio Buonassisi, professor do MIT da engenharia mecânica e um co-autor de um papel na nova obra que foi publicada recentemente em linha no jornal Pequeno, e aparecerão logo na edição da cópia. A Maioria exigem diversas etapas extra da fabricação, fornecem pouco controle sobre os tamanhos exactos e o afastamento dos fios, e trabalham somente em superfícies planas. Pelo contraste, o processo novo é simples contudo permite o controle preciso sobre as dimensões e o afastamento do fio, e poderia teòrica ser feito em qualquer tipo da superfície curvada, 3-D.

Microwires é provavelmente capaz de alcançar eficiências perto daqueles de células solares convencionais em converter a luz solar à electricidade, mas porque os fios são tão minúsculos fariam assim usando somente uma fracção pequena da quantidade de silicone caro necessário para as pilhas convencionais, assim potencial conseguindo reduções principais no custo.

Além do que o uso potencial dos microwires' nas células solares, outros pesquisadores props que as maneiras tais fios microscópicos poderiam ser usadas para construir tipos novos dos transistor e os circuitos integrados, assim como os eléctrodos para baterias avançadas e determinados tipos de dispositivos da monitorização ambiental. Para Que qualqueras um ideias sejam práticas, contudo, deve haver um método de fabricação eficiente, evolutivo.

O método novo envolve aquecer e intencionalmente contaminar a superfície de uma bolacha de silicone com o cobre, que difunde no silicone. Então, quando o silicone esfria lentamente, o cobre difunde para fora para formar gotas na superfície. Então, quando é colocado em uma atmosfera do gás do tetracloreto do silicone, os microwires do silicone começam a crescer para fora onde quer que há uma gota de cobre na superfície. O Silicone no gás dissolve-se nestas gotas de cobre, e então após o alcance uma suficiente concentração começa a precipitar para fora na parte inferior da gota, na superfície do silicone abaixo. Este acúmulo do silicone prolonga-se gradualmente para formar transversalmente microwires cada um os somente aproximadamente 10 a 20 micrômetros (milhonésimos de um medidor), crescendo acima da superfície. O processo inteiro pode ser realizado repetidamente em uma escala industrial da fabricação, Buonassisi diz, ou mesmo poderia potencial ser adaptado a um processo contínuo.

O afastamento dos fios é controlado pelas texturas criadas na superfície - ondulações minúsculas pode formar centros para as gotas de cobre - mas o tamanho dos fios é controlado pelas temperaturas usadas para a fase da difusão do processo. Assim, ao contrário em outros métodos de produção, o tamanho e o afastamento dos fios podem ser controlados independentemente de se, Buonassisi diz.

O trabalho feito até agora é apenas uma prova do princípio, diz, e mais trabalho permanece ser feito para encontrar as melhores combinações de perfis de temperatura, das concentrações de cobre e da superfície modelando para várias aplicações, desde que o processo permite diferenças dos ordens de grandeza no tamanho dos fios. Por exemplo, permanece ser determinado que espessura e afastamento dos fios produz as células solares as mais eficientes. Mas este trabalho demonstra um potencial para um tipo da célula solar baseado em tais fios que poderiam uns custos significativamente mais baixos, ambos permitindo o uso de umas qualidades mais inferiores do silicone (isto é, refinado less-highly), desde que o processo de crescimento do fio ajuda a refinar o material, e usando quantidades muito menores dele, desde que os fios minúsculos são compo apenas de uma fracção minúscula da quantidade necessário para as bolachas de cristal do silicone convencional. “Isto está ainda muito em uma fase inicial,” Buonassisi diz, porque em decidir em uma configuração para tal célula solar “há tão muitas coisas a aperfeiçoar.”

Michael Kelzenberg, um erudito pos-doctoral no Instituto de Tecnologia de Califórnia que passou os últimos cinco anos que fazem a pesquisa sobre microwires do silicone, diz que quando outro usar a técnica da cobre-gota para crescer microwires, “O Que é realmente novo é aqui o método de produzir aquelas gotas líquidas do metal.” Quando outro tiverem que colocar as gotas do cobre derretido na placa do silicone, exigindo etapas de processamento do acréscimo, “Buonassisi e seus colegas mostraram que o metal pode ser difundido na carcaça do crescimento de antemão, e com o aquecimento cuidadoso e refrigerar, as gotas do metal formarão realmente no seus próprias - com a posição e o tamanho correctos.”

Kelzenberg adiciona que seu grupo de investigação tem demonstrado recentemente que as células solares do microwire do silicone podem igualar a eficiência de células solares comerciais típicas de hoje. “Eu penso que grande permanecer do desafio é o mostrar que esta técnica é mais eficaz na redução de custos ou de outra maneira benéfica do que outros métodos de produção do metal do catalizador,” diz. Mas total, diz, alguma versão da tecnologia do microwire do silicone “tem o potencial permitir reduções de custo dramáticas” dos painéis solares.

O papel co-foi sido o autor por Vidya Ganapati' 10, pelo estudante doutoral David Fenning, pelo companheiro pos-doctoral Mariana Bertoni, e pelo especialista Alexandria Fecych da pesquisa, tudo no Departamento do MIT da Engenharia Mecânica, e no pesquisador pos-doctoral Chito Kendrick e Professor Joana Tordo Pisco da Universidade Estadual de Pensilvânia. O trabalho foi apoiado pelo Ministério de E.U. de Energia, da Fundação da Família de Chesonis e do National Science Foundation.

Source: http://web.mit.edu/

Last Update: 11. January 2012 09:30

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