Mulţumită noiilor metode de fabricare a semiconductoarelor de catre Universitatea Illinois, viitorul energiei solare incepe sa fie mai strălucitor. Este binecunoscut faptul că siliciul este folosit în industrie, in realizarea majorităţii dispozitivelor  semiconductoarelor, inclusiv în producţia de celulele fotovoltaice pentru panouri solare, folosite pentru conversia energiei solare în energie electrica.

De exemplu, semiconductorul din arseniura de galiu şi componentele acestuia, ofera aproape de doua ori mai multa eficienţă decât siliciu în dispozitivele solare, dar deocamdata aceste componente sunt rareori utilizate in producţia în serie din cauza costului de fabricaţie ridicat.

Profesorii John Rogers si Xiuling Li sunt în căutarea unui procedeu de fabricaţie ieftin a foilor subţiri de arseniura de galiu, care va permite de asemenea, integrarea uşoară a acestui material în aceste tipuri de dispozitive (nr. panouri fotovoltaice). „Daca se va putea reduce substantial costul arseniurei de galiu şi a celorlalte componente semiconductoare, atunci poti sa extinzi gama de aplicaţii’’ spune Rogers,  profesor fondator a Catedrei de Inovaţie în Inginerie şi profesor de Ştiinţa şi Ingineria Materialelor.

De obicei, arseniura de galiu este depusă intr-un singur strat subtire pe o placa mica. Fie aparatul dorit se face direct pe placa,  fie semiconductorul de pe placa este taiat si pus
într-un cip dorit de o anumita dimensiune. Grupul de cercetători ai Universităţii Illinois a hotarât sa depuna mai multe straturi  de material pe o singura placa creând un strat subţire de arseniura de galiu.

„Daca dezvoltaţi în acelasi timp 10 straturi pe o singur suport, atunci veţi avea nevoie să utilizaţi un singur wafer la un moment dat” zice Li, profesor de inginerie electrică şi IT.
Daca nu veti ajunge la 10 straturi, apar zone cu încărcări si descărcări de temperaturi ridicate si scazute, care vor mărimi semnificativ durata de executare a suportului. Apoi cercetători trebuia sa dezlipească în mod individual straturile. Pentru a realiza aceasta, se alternau straturile de arseniu de aluminiu cu arseniu de galiu. Se punea stiva intr-o baie de acid si oxizi pentru a produce dizolvarea straturilor de arseniu de cele de aluminiu, eliberandu-se foi subtiri de arseniura de galiu. După aceea, un dispozitiv ca un timbru se lipeste pe straturi, pe ambele parti, pentru a asigura transferul la un alt substrat de sticla, plastic ori silicon, in functie de aplicaţie.

„Prin aceasta metodă de fabricaţie a arseniurei de galiu putem obţine un material mai bun si mai ieftin”, zice Rogers. „Deci putem creea un folie de material formată din mai multe straturi”. Folosirea arseniurei de galiu deschide posibilitatea creerii unei pelicule subţiri de electroni sau alţi semiconductori de mare viteză. Procedul de fabricaţie trebuie să permită obţinerea unor dispozitive fiabile şi cu performanta ridicata, pentru ca asta este semnificativ” zice Li.

Într-una din paginile publicaţiei Nature din 20 mai 2010, grupul de cercetători descriu metodele si demonstraţiile celor trei tipuri de dispozitive unde s-a folosit arseniura de galiu în producerea cipurilor multistrat: senzori de lumina, tranzistoare şi celule solare.

Autorii de asemenea descriu detalii comparative a costurilor. Un alt avantaj al tehnici multistrat este eliberarea contrângerilor zonale deosebit de importante pentru celulele solare. Prin folosirea tehnici multistrat vom folosi o suprafaţa mult mai mare, lucru destul de important pentru celulele fotovoltaice, deoarece printr-o suprafaţa mai mare se poate acapara mai multă lumină solară. Aşadar, lucrarea de cercetare a avut drept ţintă gasirea unei soluţii de mărire a coeficientului de captare a energiei pe suprafaţă pentru panouri solare, prin utilizarea pentru prima dată a arseniurei de galiu.

„Într-un caz extrem s-ar putea creşte numărul straturile suficient ca să captăm de 10 ori mai multa lumina decât prin procedeul convenţional”, a spus Rogers. Daca se va multiplica suprafaţa celulelor fotovoltaice se va reduce costul şi, de asemenea,  se va reduce cantitatea de material prin utilizarea eficientă a acestuia", a spus el. Printre co-autorii, sunt doi oameni de ştiinţă de la compania Semprius Inc, din Carolina de Nord, companie care deja a început să folosească această tehnică pentru fabricarea celulelor solare.

Trecerea de la panourile pe baza de siliciu la panourile mult mai eficiente pe bază arseniura de galiu ar putea face din energia solară o formă mult mai eficientă de energie alternativa.

Într-un viitor apropiat, grupul intenţionează să exploreze mai multe aplicaţii potenţiale, dispozitive şi alte materiale semiconductoare, care ar putea să se adapteze la tehnica multistrat. Din echipa de cercetători a Departamentului de Energie şi Ştiinţă, au mai făcut parte - doctoranzi: Jongseung Yoon, Sungjin Jo si Inhwa Jung; studenţii: Su Chun şiHoon Sik Kin, profesorul de Inginerie Electrică şi IT James Coleman, împreună cu Ungyu Paik de la Universitatea Hanyang din Seul.

Sursa: nature.com