• 05/02/2013

Groen silicium door vloeibaar metaal

De University of Michigan heeft een nieuwe manier ontwikkeld om kristallijn silicium te maken, waardoor computers en zonnecellen veel goedkoper en groener kunnen worden.

Trefwoorden: #computers, #silicium, #University of Michigan, #vloeibaar metaal, #zonnecellen

Lees verder

research

ENGINEERINGNET -- Siliciumdioxide - of zand - vormt ongeveer 40% van de aardkorst, maar de industriële methode om zand om te zetten in kristallijn silicium is duur en milieuonvriendelijk door de extreme procesomstandigheden waaronder dat gebeurt.

"Kristallijn silicium in moderne elektronica wordt nu vervaardigd door een reeks energie-intensieve chemische reacties bij temperaturen boven 1000 °C en daarbij komt een hoop kooldioxide vrij", zegt Stephen Maldonado, hoogleraar chemie en toegepaste fysica.

Samen met doctoraalstudenten Junsi Gu en Eli Fahrenkrug ontdekte Maldonado kortgeleden een methode om siliciumkristallen te maken bij slecht 80 °C.

Ze maakten gebruik van een fenomeen dat je thuis in de keuken ook kan zien: als water is oververzadigd met suiker kan de suiker spontaan kristallen vormen, de zogeheten kandijsuiker.

"In plaats van water gebruiken we vloeibaar metaal en in plaats van suiker silicium", zegt Maldonado.

Het team maakte een oplossing van siliciumtetrachloride en bracht die aan op een elektrode van vloeibaar gallium. Elektronen van het metaal zetten het siliciumtetrachloride om in ruw silicium, dat vervolgens oploste in het vloeibare metaal.

"Het vloeibare metaal is essentieel voor ons proces", aldus Maldonado. "Veel vaste metalen kunnen ook elektronen leveren die siliciumtetrachloride transformeren in ongeordend silicium, maar alleen metalen als gallium kunnen bovendien nog dienen als vloeistof voor siliciumkristallisatie zonder extra warmte toe te voegen."

Het team beschrijft de vorming van donkere films van siliciumkristallen die zich vormen op het oppervlak van de vloeibare-galliumelektrode in het Journal of the American Chemical Society van 24 januari 2013.

Tot nu toe zijn de kristallen nog maar klein - ongeveer 1/2000e millimeter in diameter- maar Maldonado hoopt de techniek te verbeteren en grotere kristallen te maken, die bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt voor het omzetten van lichtenergie in elektriciteit.

Het team onderzoekt diverse procesvarianten inclusief het gebruik van andere metaallegeringen met een laag smeltpunt.

Als deze benadering levensvatbaar blijkt, zouden de gevolgen enorm kunnen zijn, vooral voor de solarindustrie. Kristallijn silicium is momenteel het meest gebruikte materiaal voor zonnecellen maar door de kostprijs daarvan wordt actief gezocht naar alternatieve halfgeleiders.

"Het is nog te vroeg om te schatten hoeveel goedkoper dit zal zijn", zegt Maldonado, "maar de mogelijkheid voor een schaalbaar, drastisch goedkoper en milieuvriendelijker proces is zeker aanwezig. De ultieme droom is om in een enkel stap zand om te zetten in siliciumkristallen en er is geen enkele fundamentele natuurwet die zegt dat dat niet kan."


(bron en illustratie: Engineers Online)