Je kunt het zien als origami - zeer hightech origami. Onderzoekers van de Universiteit van Illinois hebben een techniek ontwikkeld om driedimensionale, monokristallijne siliciumstructuren uit dunne films door fotolithografie te koppelen aan een zelfvouwend proces dat wordt aangedreven door capillaire interacties.

De films, slechts enkele micron dik, bieden mechanische buigbaarheid die niet mogelijk is met dikkere stukken van hetzelfde materiaal.

"Dit is een heel andere benadering van het maken van driedimensionale structuren, " zei Ralph G. Nuzzo, de G.L. Clark Professor of Chemistry in Illinois. "We openen een nieuw venster op wat kan worden gedaan in zelfassemblageprocessen."

Nuzzo is corresponderend auteur van een paper dat is geaccepteerd voor publicatie in de Proceedings van de National Academy of Sciences . Het artikel zal in de week van 23 november op de Early Edition-website van het tijdschrift worden geplaatst.

Als demonstratie van de nieuwe capillair-aangedreven, zelfmontage proces, Nuzzo en collega's construeerden bolvormige en cilindrische siliciumzonnecellen en evalueerden hun prestaties.

De onderzoekers ontwikkelden ook een voorspellend model dat rekening houdt met het type dunne film dat moet worden gebruikt, de mechanische eigenschappen van de film en de gewenste structurele vorm.

"Het model identificeert de kritische voorwaarden voor het zelfvouwen van verschillende geometrische vormen, " zei professor werktuigbouwkunde en techniek K. Jimmy Hsia. "Met behulp van het model, we kunnen het vouwproces verbeteren, het beste materiaal selecteren om bepaalde doelen te bereiken, en voorspellen hoe de structuur zich zal gedragen voor een bepaald materiaal, dikte en vorm."

Om hun vrijstaande zonnecellen te fabriceren, de onderzoekers begonnen met fotolithografie om de gewenste geometrische vorm op een dunne film van monokristallijn silicium te definiëren, die op een dikkere, geïsoleerde siliciumwafel. Volgende, ze verwijderden het blootgestelde silicium met etsmiddel, ondersnijd de resterende siliconenfolie met zuur, en liet de folie los van de wafel. Daarna plaatsten ze een kleine druppel water in het midden van het foliepatroon.

Toen het water verdampte, capillaire krachten trokken de randen van de folie samen, waardoor de folie zich om de waterdruppel wikkelt.

Om de gewenste vorm te behouden nadat het water volledig is verdampt, de onderzoekers plaatsten een klein stukje glas, bedekt met een lijm, in het midden van het foliepatroon. Het glas "bevroor" de driedimensionale structuur op zijn plaats, zodra het de gewenste gevouwen toestand had bereikt.

"De resulterende fotovoltaïsche structuren, nog niet geoptimaliseerd voor elektrische prestaties, een veelbelovende aanpak bieden voor het efficiënt oogsten van zonne-energie met dunne films, " zei Jennifer A. Lewis, de Thurnauer hoogleraar Materials Science and Engineering en directeur van het Frederick Seitz Materials Research Laboratory van de universiteit.

In tegenstelling tot conventionele, platte zonnecellen, de gebogen, driedimensionale structuren dienen ook als passieve volgoptiek door licht uit bijna alle richtingen te absorberen.

"Van deze benchmarkdemonstratie kunnen we uitkijken naar fotovoltaïsche structuren gemaakt van dunne films die zich gedragen alsof ze optisch dicht zijn, en veel efficiënter, ' zei Lewis.

Het nieuwe zelfassemblageproces kan worden toegepast op een verscheidenheid aan dunnefilmmaterialen, niet alleen silicium, noteerden de onderzoekers in hun paper.

Bron:Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign (nieuws:web)