Hợp kim ma thuật này có thể có nghĩa là năng lượng mặt trời rẻ hơn

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại hợp kim bán dẫn mới có khả năng thu được ánh sáng cận hồng ngoại nằm ở rìa của phổ ánh sáng khả kiến.

Sản xuất dễ dàng hơn và ít nhất là chi phí 25 ít hơn so với các công thức trước đây, nó được cho là vật liệu hiệu quả nhất trên thế giới có thể thu được ánh sáng hồng ngoại gần và tương thích với chất bán dẫn gallium arsenide thường được sử dụng trong quang điện tập trung.

Quang điện của bộ tập trung có thể cung cấp năng lượng cho thế hệ tiếp theo. Bộ quang điện của bộ tập trung tập trung và tập trung ánh sáng mặt trời vào các pin mặt trời nhỏ, hiệu quả cao làm từ chất bán dẫn gallium arsenide hoặc Germanium. Họ đang đi đúng hướng để đạt được tỷ lệ hiệu quả trên 50 phần trăm, trong khi các pin mặt trời silicon màn hình phẳng thông thường đứng đầu trong giữa các 20.

Rachel Goldman, giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu, cũng như vật lý tại Đại học Michigan, có phòng thí nghiệm phát triển hợp kim. Các chi phí của silicon không giảm và hiệu quả sẽ không tăng. Quang điện tập trung có thể cung cấp năng lượng cho thế hệ tiếp theo.

Các loại quang điện tập trung tồn tại ngày nay. Chúng được làm từ ba hợp kim bán dẫn khác nhau được xếp lớp với nhau. Được phun lên một tấm bán dẫn trong một quy trình gọi là epit wax chùm phân tử hơi giống như sơn phun với các yếu tố riêng lẻ, mỗi lớp chỉ dày vài micron. Các lớp chụp các phần khác nhau của quang phổ mặt trời; ánh sáng xuyên qua một lớp sẽ bị bắt bởi lớp kế tiếp.

Nhưng ánh sáng cận hồng ngoại trượt qua các tế bào này. Trong nhiều năm, các nhà nghiên cứu đã làm việc với một hợp kim lớp thứ tư khó nắm bắt có thể được kẹp vào các tế bào để thu được ánh sáng này. Đó là một trật tự cao; hợp kim phải tiết kiệm chi phí, ổn định, bền và nhạy với ánh sáng hồng ngoại, với cấu trúc nguyên tử phù hợp với ba lớp khác trong pin mặt trời.


đồ họa đăng ký nội tâm


Làm cho tất cả các biến đó trở nên không dễ dàng và cho đến nay, các nhà nghiên cứu đã bị mắc kẹt với các công thức đắt đỏ sử dụng năm yếu tố trở lên.

Để tìm ra một hỗn hợp đơn giản hơn, nhóm của Goldman đã nghĩ ra một cách tiếp cận mới lạ để giữ các tab trên nhiều biến trong quy trình. Họ đã kết hợp các phương pháp đo trên mặt đất bao gồm nhiễu xạ tia X được thực hiện tại trường đại học và phân tích chùm ion được thực hiện tại Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos với mô hình máy tính được chế tạo tùy chỉnh.

Sử dụng phương pháp này, họ phát hiện ra rằng một loại phân tử asen hơi khác sẽ kết hợp hiệu quả hơn với bismuth. Họ đã có thể điều chỉnh lượng nitơ và bismuth trong hỗn hợp, cho phép họ loại bỏ một bước sản xuất bổ sung mà các công thức trước đó yêu cầu. Và họ đã tìm thấy chính xác nhiệt độ phù hợp sẽ cho phép các yếu tố trộn đều và bám vào bề mặt một cách an toàn.

'' Ma thuật 'không phải là một từ chúng ta thường sử dụng như các nhà khoa học vật liệu, chanh Goldman nói. Nhưng đó là những gì nó cảm thấy như thế nào khi cuối cùng chúng ta đã hiểu đúng.

Sự tiến bộ đến từ một sự đổi mới khác từ phòng thí nghiệm của Goldman, giúp đơn giản hóa quy trình doping tinh vi được sử dụng để điều chỉnh các tính chất điện của các lớp hóa học trong chất bán dẫn gallium arsenide.

Trong quá trình pha tạp, các nhà sản xuất áp dụng hỗn hợp các hóa chất gọi là tạp chất của nhà thiết kế, để thay đổi cách các chất bán dẫn dẫn điện và cung cấp cho chúng cực dương và cực âm tương tự như các điện cực của pin. Các tác nhân pha tạp thường được sử dụng cho chất bán dẫn gallium arsenide là silicon ở phía âm và berili ở phía dương.

Beryllium là một vấn đề rất độc hại và nó có giá gấp khoảng 10 so với các chất dẫn xuất silicon. Beryllium cũng nhạy cảm với nhiệt, làm hạn chế tính linh hoạt trong quá trình sản xuất. Nhưng nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng bằng cách giảm lượng asen dưới mức mà trước đây được coi là chấp nhận được, họ có thể lật ngược sự phân cực của các chất dẫn xuất silicon, cho phép họ sử dụng nguyên tố rẻ hơn, an toàn hơn cho cả hai mặt tích cực và tiêu cực.

Richard có khả năng thay đổi tính phân cực của tàu sân bay giống như "sự đối nghịch nguyên tử", Richard Field, một cựu sinh viên tiến sĩ làm việc trong dự án cho biết. Càng giống như những người mắc chứng tự nhiên bẩm sinh, việc tìm thấy tạp chất nguyên tử với khả năng này là khá hiếm.

Cùng với nhau, quá trình pha tạp được cải tiến và hợp kim mới có thể làm cho các chất bán dẫn được sử dụng trong quang điện tập trung rẻ hơn nhiều so với 30 để sản xuất, một bước tiến lớn để tạo ra các tế bào hiệu suất cao thực tế cho sản xuất điện quy mô lớn.

Về cơ bản, điều này cho phép chúng tôi chế tạo các chất bán dẫn này với ít bình xịt nguyên tử hơn và mỗi lon có giá rẻ hơn đáng kể, theo ông Gold Goldman. Trong thế giới sản xuất, loại đơn giản hóa đó rất có ý nghĩa. Các hợp kim và chất dẫn xuất mới này cũng ổn định hơn, giúp các nhà sản xuất linh hoạt hơn khi các chất bán dẫn di chuyển trong quá trình sản xuất.

Hợp kim mới được trình bày chi tiết trong một bài báo xuất hiện trên tạp chí Applied Physics Letters. Quỹ khoa học quốc gia và Phòng nghiên cứu sinh viên tốt nghiệp của Bộ năng lượng Hoa Kỳ đã hỗ trợ nghiên cứu.

nguồn: Đại học Michigan

Sách liên quan:

at Thị trường InnerSelf và Amazon