University of Illinois están trabajando en el mismo viejo y bueno silicio, pero están tomando una ruta completamente diferente. Están trabajando en láminas delgadas de silicio aplicando dos procesos: uno es fotolitográfico y otro es un proceso de autoplegado impulsado por interacciones capilares.
Esta técnica da como resultado las estructuras tridimensionales de silicio monocristalino. Sus películas tienen sólo unas pocas micras de espesor. Su mayor resistencia es la maleabilidad mecánica que no es posible con piezas más gruesas del mismo material.
Ralph G. Nuzzo que es el Profesor de Química G. L. Clark en Illinois. Nuzzo es también coautor de un artículo aceptado para su publicación en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias. Él explica, «Este es un enfoque completamente diferente para hacer estructuras tridimensionales. Estamos abriendo una nueva ventana a lo que se puede hacer en los procesos de auto-ensamblado».
Nuzzo y sus colegas crearon células solares de silicio de forma esférica y cilíndrica y evaluaron su rendimiento. También han optado por un modelo profético que analiza el tipo de película delgada a utilizar, las propiedades mecánicas de la película y la forma estructural deseada. Armados con estos hechos, los investigadores deben ofrecernos algo bueno y hacer la vida más fácil a aquellos que están dispuestos a vivir tranquilos en esta tierra.
K. Jimmy Hsia es el profesor de ciencias mecánicas e ingeniería. Nos dice: «El modelo identifica las condiciones críticas para el autodoblamiento de diferentes formas geométricas. Usando el modelo, podemos mejorar el proceso de plegado, seleccionar el mejor material para lograr ciertos objetivos y predecir cómo se comportará la estructura para un material, espesor y forma determinados».
Los investigadores querían fabricar sus células solares autónomas. Tenían que empezar por algún sitio. Así que prefirieron usar fotolitografía para definir la forma geométrica deseada sobre una fina película de silicio monocristalino. Este silicio cristalino estaba colocado sobre una oblea de silicio más gruesa y aislada.
Los siguientes pasos de nuevo implicaron muchos pasos y, por decir lo menos, mucho trabajo y reflexión. Eliminaron el silicio expuesto con aguafuerte. Además, cortan el resto de la lámina de silicio con ácido. Esto resultó en la liberación de la lámina de la oblea. Por último, colocaron una diminuta gota de agua en el centro del patrón de aluminio. ¿Qué pasará cuando el agua se evapore? Las fuerzas capilares entrarán en acción. Estas fuerzas unieron los bordes de la lámina, haciendo que la lámina se enrollara alrededor de la gota de agua.
Los investigadores querían mantener la forma deseada después de que el agua se hubiera evaporado por completo. Lograron este objetivo colocando un pequeño trozo de vidrio, recubierto con un adhesivo, en el centro del patrón de la lámina. El vidrio actuaba como marco y «congelaba» la estructura tridimensional en su lugar, una vez que había alcanzado el estado de plegado deseado.
Jennifer A. Lewis, la Thurnauer es profesora de Ciencia e Ingeniería de Materiales y directora del Laboratorio de Investigación de Materiales Frederick Seitz de la universidad. Las estructuras fotovoltaicas resultantes, que aún no están optimizadas para el rendimiento eléctrico, ofrecen un enfoque prometedor para cosechar eficientemente la energía solar con láminas delgadas», afirma.
Las estructuras tridimensionales curvas tienen una ventaja sobre las células solares planas convencionales. Sirven como ópticas de seguimiento pasivas al absorber la luz desde casi todas las direcciones. Lewis explica además: «Podemos mirar hacia adelante desde esta demostración de referencia a estructuras fotovoltaicas hechas de películas delgadas que se comportan como si fueran ópticamente densas y mucho más eficientes».
Hay una ventaja más. El nuevo proceso de autoensamblado no se limita al silicio. Puede ser utilizado por una variedad de materiales de capa fina.
