Oda sıcaklığındaki bu yeni işlem, başka elektronik cihazların yanı sıra solar hücrelerde de fiyat düşüşü yaratabilir.
Buhar çöktürme işlemi ile solar hücrelerde ya da bilgisayar parçalarında kullanılan silikon dilim parçaları (resimde gri renkli) kaplanabilir ya da pasifleştirilebilir. Bu işlemde kablolar polimer malzeme buharlaşana kadar ısıtılır ve yüzeyi kaplaması için çöktürülür.
Bilgisayar chiplerinden solar hücrelere kadar yüksek teknoloji ürünlerinde kullanılan malzeme, silikonun, bu cihazlarda kullanılmadan önce yüzey kaplama işleminden geçmesi gerekir. Kaplama, silikonu pasifleştirmekle kalmaz, elektrik özelliklerinin bozulmasına neden olacak oksidasyonu önlemek üzere zayıf atomik bağlarını da güçlendirir. Ancak bu pasifleştirme işlemi çok miktarda ısı ve enerji gerektirir; dolayısıyla maliyetini yükseltir ve bu malzemeye ilave edilebilecek diğer malzeme çeşidini de kısıtlar.
MIT’de yapılan araştırmada oda sıcaklığında pasifleştirme yöntemi bulundu ki bu yöntem solar hücre ve silikon kullanan diğer teknoloji sektörlerinde önemli bir gelişme yaratabilir.
Araştırmayı yapan lisans üstü öğrencisi Rong Yang ve mühendislik profesörleri Karen Gleason ile Tonio Buonassisi, kısa bir süre önce bu konuyla ilgili makaleyi Advanced Materials dergisinde online olarak yayınladı.
Silikon yüzeyleri pasifleştirmek için şimdiye kadar genellikle silikon nitrit kaplaması kullanılır. Bu da cihazın 400 0C’ye ısıtılması gerekir. Yeni geliştirilen yöntemle ise kablolar 300 0C’ye ısıtılarak üzerindeki organik buhar çözünüyor. Bu arada silikonun sıcaklığı 20 0C’nin, yani oda sıcaklığının üzerine çıkmıyor. Bu kabloları ısıtmak için gerekli enerji ise herhangi bir ampulün tüketeceğinden daha az. Bu demektir ki bu yöntemin enerji maliyeti oldukça düşük.
Silikon nitritle pasifleştirme, silikonla ilgili işlemler arasında en pahalılarından ve en kritiklerinden. Silikon nitrit fonksiyonunu daha basit bir yöntemle ve sağlam bir organik katmanla yerine getirmek önemli bir kazanç. Zira psifleştire elzem. Pasifleştirilmeyen silikon yüzeyi hava ile temas eder etmez oksitleniyor ve solar hücre olarak fonksiyonunu yerine getirmesine engel oluyor. Yang’ın söylediği bu oksitlenme işleminin birkaç dakika içinde gerçekleşeceği. Yeni polimer kaplama yöntemi ile üretilen silikon chipler test edildiğinde ise 200 saatten fazla çalıştığı ve performansta herhangi bir bozulma olmadığı gözlemlenmiş, yani elektrik özellikleri değişmemiş.
Silikonun düşük sıcaklıkta kalması aynı zamanda, organik bileşenler ya da polimerler gibi başka malzemelerle de birleştirilebileceği anlamına geliyor. Bu malzemeler eski yöntemdeki yüksek sıcaklıklara dayanamıyorlardı. Yeni malzemelerin katılabilmesi ise yeni uygulama alanlarında silikona yer açılması demek. Örneğin biyosensörler olarak belli byolojik molekülere, başka bileşenlerle bağ kurarak reaksiyon verebilir.
Enerji gereksinimlerindeki düşüşse başlı başına bir gelişme. Kaydedilen her maliyet düşüşü solar sistemleri diğer elektrik kaynaklarına göre daha rekabetçi hale getirme konusunda bir adım. Düşük sıcaklıklar imalat maliyetlerini önemli miktarda düşürecek.
Araştırma ekibi, bu yeni yöntemin bir diğer faydasını ise, yansıtma özelliği düşük bir kaplama olması, yani solar hücrede verim artışı sağlaması olarak tanımlıyor.
Eski ve yeni yöntemlerin ortak noktası vakum odasında gerçekleştiriliyor olması. Sıvı reaktantlar buharlaşıyor ve yüzeye tutunup reacsiyona giriyor. Tutunma adımı, soğuk bir banyoda sıcak duş aldığınızda cam yüzeylerde buhar oluşması gibi.
Bulunan yöntemin imalat ölçeğine taşınmasının kolay olduğu açıklaması yapılmış. Kullanılan tüm malzemeler ticari olarak bulunabilen malzemeler ve işlem yüksek ölçeğe taşınabilecek drumda. Ekibin şu an üzerinde durduğu konu bu.
Bu araştırma sırasında aşılması gereken en kritik noktanın atomik seviyede, özellikle organik kaplama malzemesi ile silikon arasındaki bağın düzgün şekilde kurulması olduğu söyleniyor. Araştırma ekibinin bunu başardığı testlerle doğrulanmış. Kaplama için özel bir polimer kullanılmış ve işlem diğer organik malzemeler kullanılarak da denenebilir.
Araştırma İtalyan enerji şirketi Eni S.p.A. tarafından Eni-MIT İşbirliği Solar Sınırlar Programı altında desteklenmiş.
Adaptasyon: http://web.mit.edu/newsoffice/2013/a-cooler-way-to-protect-silicon-surfaces-0213.html