Двое ученых из университета Миннесоты Роберт Дж. Нуесель и Хеико О. Джекобс разработали способ монтажа крошечных кремниевых кристаллов на солнечные панели.
Сложность здесь вот в чем - в больших системах сила тяжести позволяет легко располагать элементы так, как необходимо, но в микроскопических масштабах, когда линейные размеры каждого элемента меньше толщины человеческого волоса, это не так-то просто. В процесс начинают вмешиваться сторонние силы, вроде магнитных и электростатических. При таких размерах элементов, ои начинают играть большую роль чем сила тяжести.
Чтобы преодолеть трудности, Нуесель и Джекобс спроектировали гибкую подложку тонкого слоя меди, покрытой терефталатом пропилена (PET). На подложке через одинаковые расстояния выгравированы площадки, размер которых совпадает с размером кремниевых кристалов. Готовую подложку опустили в ванну с расплавом припоя, который покрыл оголенные площадки медной фольги. Каждый кремниевый кристалл представлял из себя куб со сторонами 20-60 микрон, одна из которых была позолоченной. На кремниевые стороны было нанесено гидрофобное покрытие (отталкивающее воду), в то время как на позолоченную сторону - гидрофильньное (притягивающее воду).
Когда элементы были помещены в контейнер, содержащий масло и воду, они аккуратно располагались на границе раздела двух жидкостей. Позолоченная сторона была обращена к водной границе, то есть вниз. Подложка медленно перемещалась через границу раздела сред, как ленточный конвейер, и элементы аккуратно прилипали позолоченной стороной к покрытым припоем прощадкам. Точность установки кристаллов составила 98%. Монтаж был покрыт эпоксидной смолой, чтобы зафиксировать элементы на местах.
Изготовленное учеными устройство способно устанавливать таким образом более 20 000 кристаллов в минуту. Кроме того, устранение зависимости от силы тяжести позволило уменьшить размер кремниевых кристаллов. Ранее он не мог быть меньше 100 микрон.
Ключевой особенностью эксперимента было уменьшение времени сборки для того, чтобы избежать окисления кристаллов, в результате чего могут уменьшиться поверхностные энергии и качество монтажа снизится. Используемая в устройстве вода должна быть кислой pH 2.0, а температура должна была быть равна 95C, чтобы предохранить припой от окисления.
Исследователи думают, что смогут адаптировать свой метод к меньшим компонентам и большим монтажным устройствам. Так же они считают, что смогут научиться дешево и быстро монтировать все виды высококачественных электронных компонентов в широком спектре гибких или несгибаемых подложек включая пластмассы, полупроводники и металлы.
Полученные таким образом сборки могут найти применение в многочисленных приложениях, таких как солнечные панели, видео дисплеи и крошечные полупроводники.
Использование этого метода для изготовления ячеек солнечных панелей позволило бы значительно уменьшить стоимость за счет увеличения скорости и уменьшения количества необходимых кремниевых кристаллов.
Источник: enext
|
