تولید ریزترین سلول‌های خورشیدی به پهنای نیم میلی‌متر

مجید جویا: گروهی که توسط جان راجرز، یک دانشمند علم مواد در دانشگاه ایلینویز در اوربانا رهبری می‌شد، توانسته است به یک شیوه بالقوه کم هزینه برای تولید ریزتراشه های ساخته شده از جنس نیمه‌هادی گالیم آرسنید؛ که به نور به‌خوبی پاسخ می‌دهد؛ دست یابد. این شیوه انتقال و چاپ برای کندن و چاپ لایه‌های نازک نیمه‌هادی بر روی شیشه یا پلاستیک استفاده می‌شود و با غلبه بر یک مشکل قدیمی در تولید صنعتی گالیم آرسنید می‌تواند صنعت سلول‌های خورشیدی را دگرگون سازد.

به گزارش نیچر، زیر بنای صنعت نیمه‌هادی‌های مدرن، سیلیکون است که در هر چیزی از سلول های خورشیدی گرفته تا دوربین های دیجیتال به‌کار برده می شود. اما چندین دهه بود که دانشمندان می‌دانستند وقتی مسئله جذب نور مطرح می‌شود، مواد بهتری هم وجود دارند. انواع خاصی از نیمه‌هادی‌ها می توانند نور را بیشتر از سیلیکون جذب کنند که به ساخت سلول‌های خورشیدی و حسگرهای فروسرخ بهتری منتهی می‌شود.

گالیم آرسنید‌ یکی از جایگزین‌های سیلیکون است که بیشترین تحقیق بر روی آن انجام شده است. این ماده به‌طور نظری می‌تواند 40 درصد تابش خوشید را به برق تبدیل کند که کارایی آن را دو برابر سیلیکون می‌سازد. بازده آن، گالیم آرسنید را انتخاب مناسبی برای ساخت سلول‌های خورشیدی فضاپیماها کرده است.

اما، قیمت گالیوم آرسنید خیلی بالا است. به عقیده راجرز، این تا حدی به این دلیل است که لایه‌های باکیفیت گالیوم آرسنید باید در بسترهای به دقت کنترل شده‌ای رشد کنند. هنگام که آماده شدند، لایه‌های ضخیم عموما قطعه قطعه می‌شوند، ولی تنها از سطح آنها استفاده می‌شود. به گفته راجرز، بخش اعظم این ماده گرانبها در حقیقت تلف می‌شود.

پنکیک نیمه‌هادی
اکنون راجرز و همکارانش راه دیگری را یافته‌اند. به جای رشد یک لایه تنهای گالیوم آرسنید، گروه وی، یک «پنکیک» از لایه‌های متناوب گالیوم آرسنید و آلومینیوم آرسنید را رشد دادند. سپس، با استفاده از ترتیب دقیق مواد شیمیایی، گروه توانست هر لایه از گالیوم آرسنید را جدا کند. آنها لایه‌ها را روی سطح دیگری همانند شیشه یا پلاستیک چسباندند، و سپس این برش‌های باریک را با استفاده از روش‌های جاافتاده‌تر در مدارهای دیگر قرار دادند.

گروه توانست، سلول‌های خورشیدی خیلی کوچکی را، که هر یک تنها 500 میکرومتر پهنا داشتند به تولید انبوه برساند، و در ابزارهای تصویربرداری فروسرخ و برخی اجزای معین تلفن‌های موبایل به کار بگیرد. نویسندگان متعدد این مقاله در شرکت Semprius عضویت دارند، شرکتی که هدف آن استفاده از این روش جدید برای قابل ارائه‌تر کردن ابزارهای الکترونیک بر پایه گالیوم آرسنید است. راجرز که رئیس هیئت مدیره این شرکت است، می‌گوید: «ما باور داریم که این نوع رویکرد می‌تواند در یک مبنای قیمتی با هر چیز دیگری در آن بیرون رقابت کند».

جرارد باوهیوس، که یک دانشمند علم مواد در دانشگاه رادبود در نایمگن در هلند است، می‌گوید: «کاری که آنها کرده‌اند بسیار تاثیرگذار بوده است، ولی با روش این گروه نمی‌توان مدارهایی را با پهنای بیشتر از چند صد میکرومتر ساخت؛ که برای یک سلول خورشیدی معمولی خیلی کم است. کار بیشتری باید انجام شود تا ببینیم که آیا این سیستم کندن و چسباندن می‌تواند برای ساخت صفحه‌های بزرگ چندین سانتی‌متر مربعی به کار گرفته شود یا خیر. البته اذعان دارم که گالیوم آرسنید تا رقابتی شدن تنها بین 5 تا ده سال فاصله دارد».

آزمایش های راجرز هم اکنون در حال کار برای ساخت سلول‌های خورشیدی است که با قیمت کمتر از 1 دلار بر هر وات برق تولید کنند، که به لحاظ تجاری قیمتی جذاب است. او می‌گوید: «ما فکر می‌کنیم که می‌توانیم به آنجا برسیم، ولی تا وقتی که این کار را به پایان نرسانیم، این مسئله ثابت نمی‌شود».