Znajdź zawartość

Baterie słoneczne są znane od bardzo dawna. Mimo, że dają one energię elektryczną „za darmo" na drodze do ich upowszechnienia stoi cena produkcji - świadomość, że pieniądze zainwestowane w zasilanie energią słońca zwrócą się nie wiadomo kiedy, nie zachęca kupujących. Nawet nacisk na ekologię i zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych niewiele w tej materii zmienił. Od dawna szukano lepszych rozwiązań, przede wszystkim tańszych, licząc, że nawet niższa wydajność za znacznie obniżoną cenę zwiększy dostępność tej technologii. Z drugiej strony poszukuje się sposobów na zwiększenie wydajności. Te dwa dążenia pogodzi technologia wdrażana właśnie w firmie Semprius. Wydajność typowych komercyjnych ogniw, opartych na krystalicznym krzemie wynosi 14-19%, na tańszym krzemie amorficznym zaledwie 8%. Zwiększyć można ją w zasadzie bardzo łatwo, zamiast krzemu stosując arsenek galu lub arsenek selenu, teoretycznie nawet do około 40%. Niestety, dwukrotny przyrost wydajności kosztuje aż sto razy więcej - taka jest różnica w cenie technologii krzemowej i arsenkowej, czyniąc tę drugą całkowicie nieopłacalną w komercyjnych zastosowaniach. Na arsenek galu z nadzieją spoglądają nie tylko technolodzy od ogniw fotowoltaicznych, ale także elektroniki półprzewodnikowej. Zastąpienie krzemu arsenkiem galu pozwoliłoby na budowę znacznie szybszych układów scalonych, nad technologiami pracuje na przykład Intel. Cały czas przeszkodę stanowi jednak cena, która jest pochodną skomplikowanego procesu produkcji. Żeby wyprodukować panel słoneczny z arsenku galu, trzeba wyhodować odpowiednio czyste kryształy tego półprzewodnika. Odbywa się to w warunkach wysokiej próżni, w wysokiej temperaturze, gdzie w odpowiedniej komorze kontrolującej warunki kryształ rośnie na specjalnym podłożu. Bardzo drogim podłożu. Później jest cięty na na kawałki, składany i mocowany. Podczas cięcia niestety zniszczeniu ulega kosztowne podłoże, a otrzymujemy tylko jedną warstwę kryształu, czyste marnotrawstwo. Dodatkowy koszt to czas procesu: przygotowanie, a potem opróżnienie komory trwa dłużej, niż sam proces hodowania półprzewodnika. Ale nie ma problemu nie do rozwiązania Sposób na ominięcie tych trudności opracował profesor John Rogers, wykładowca materiałoznawstwa i inżynierii na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign. Znalazł on sposób na jednoczesne wytwarzanie wielu cienkich warstw krystalicznego arsenku galu bez żadnej utraty jakości. W opracowanej przez niego technologii szereg warstw rośnie jednocześnie, warstwy pożądanego przez nas półprzewodnika przedzielone są bowiem rosnącymi jednocześnie warstewkami arsenku glinu. Taki produkt jest następnie kąpany w roztworze chemicznym, który rozpuszcza niepotrzebny arsenek glinu. W wyniku otrzymujemy błony krystalicznego arsenku galu, gotowe do wykorzystania. Jak łatwo się domyślić, każda dodatkowa warstwa wytwarzana jednocześnie to mniejszy koszt. Hodując ich po dziesięć otrzymujemy już dziesięciokrotny spadek kosztów podłoża i taką samą oszczędność czasu. Ponieważ technologia jest w pełni skalowalna, realne jest jednoczesne wytwarzanie stu, czy więcej błon. Dodatkowy zysk to oszczędność materiału, niebagatelny, zważywszy na koszt arsenku galu. Technologia wdrażana w firmie Semprius w Durham, w Północnej Karolinie, ma też inne zalety. Otrzymane błony można łatwo umieszczać na dowolnych podkładach, również giętkich, otrzymując ogniwa elastyczne. Prof. Rogers opracował kilka lat temu analogiczną technologię do wytwarzania wielkoformatowych błon z krystalicznego krzemu, obecnie zaadoptował ją właśnie do arsenku galu. Zapewnia, że metoda nadaje się do każdego krystalicznego półprzewodnika, jest to tylko kwestia znalezienia odpowiedniego materiału oddzielającego, który można bezpiecznie rozpuścić. W planach ma znalezienie właściwej formuły chemicznej dla azotku galu, który pracuje dobrze w widzialnym spektrum światła. W przeciwieństwie do wielu dotąd wymyślonych sposobów na lepsze ogniwa słoneczne, które zakończyły żywot na etapie prototypu, ta technologia ma szansę naprawdę wywołać małą rewolucję - firma Semprius zapowiada dostarczenie na rynek pierwszych komercyjnych egzemplarzy jeszcze przed końcem roku.

Amerykańscy naukowcy z University of Illinois at Urbana-Champaign (UIUC) zaprezentowali pierwszy elastyczny krzemowy układ elektroniczny. Zespół pod kierunkiem Johna Rogersa zaprezentował układ wykonany z krzemu i tworzywa sztucznego, którego grubość wynosi zaledwie 1,5 mikrona. Układ jest na tyle elastyczny, że można go nawet owinąć wokół sfery. Przekonanie, że krzem nie nadaje się do takich zastosowań, ponieważ jest zbyt sztywny i kruchy, zostało właśnie wyrzucone przez okno - mówi profesor John Rogers, szef zespołu badawczego. Opracowane przez niego układy będzie można wykorzystywać zarówno w medycynie, jak i owijać nimi np. kadłuby samolotów, dzięki czemu będą monitorowały stan poszycia. Żeby wyprodukować układ, najpierw na sztywne podłoże nałożono warstwę polimeru. na niej umieszczono bardzo cienką warstwę tworzywa sztucznego. Kolejnym krokiem było wykorzystanie konwencjonalnych metod produkcji elektroniki (w tym metod łączenia nanowstążek pojedynczych kryształów krzemu za pomocą nadruków). W ten sposób na polimerze powstała warstwa plastiku i krzemu, która była 50-krotnie mniejsza od średnicy ludzkiego włosa. Następnie polimer usunięto, a plastik wraz z krzemem umieszczono na elastycznym podłożu ze wstępnie rozciągniętej "krzemowej gumy". Po przymocowaniu wspomnianej warstwy naciąg został zwolniony. To spowodowało, że na warstwę zaczęły działać duże siły, dzięki którym warstwa została pofalowana, co umożliwia jej wyginanie w różnych kierunkach. Naukowcy z UIUC stworzyli już układy scalone składające się z tranzystorów, oscylatorów, bramek logicznych i wzmacniaczy. Ich właściwości elektroniczne są podobne do właściwości układów tworzonych na sztywnym podłożu krzemowym. Co więcej, układ pracuje bez zakłóceń, gdy działają nań siły powodujące jego rozciąganie, ściskanie czy wyginanie.