Тънки слоеве в пространството - Интервю с Pere Roca i Cabarrocas
Интервю на Léo Benichou и Tony Côme, илюстрирано от Sophie Cure.
публикувано на
30 септември 2014 г.
Pere Roca i Cabarrocas ни приема в PICM в Политехническото училище, лабораторията по физика на интерфейсите и тънките филми, която ръководи от 2012 г. Той ни казва с ръцете си за малката кухня от тънки слоеве: „Имаме рецепта, слагаме сол, черен пипер, олио и накрая вкусваме, тестваме ефективността ”. С други думи: „Разполагате с елипсометър и наблюдавате оптичните характеристики на материала на място по време на растеж ... ”Обяснения.
Страбич: Накратко, какво е "тънък слой" ?
Pere Roca i Cabarrocas: Наричаме „тънък слой“ материал, отложен върху субстрат - опора. В областта на електрониката, a вафла, това е силициев слитък, който видяхме, който нарязахме на тънки филийки, съгласно процес отгоре надолу. За да получим тънък слой, правим обратното: вземаме субстрат и нанасяме върху него един, два, десет, двадесет, хиляда атома. Обикновено това са материали с дебелина десетки нанометри или дори микрони, но не повече. Това, което характеризира тънкия филм, е преди всичко начинът, по който се произвежда. Като цяло говорим за "растеж".
Как се развива този ръст на материалите технически ?
Първи вариант: плазма ⦁. Аз инжектирам газ между два паралелни електрода, прилагам напрежение, йонизирам газа и нанасям атом по атом силиций върху субстрат. Следователно се използват плазма и йонизиран газ. Тези операции могат да се извършват при ниска температура.
'S Бележка на редактора: говорим за депозит от PECVD за Подобрено отлагане на химически пари с плазма.
Втори вариант: изпаряване. Във вакуумна камера поставяме тигел, в който е материалът за отлагане, загряваме и изпаряваме атомите.
⦁⦁ Тъй като аргонът е химически неутрален, той може да действа като механичен междинен продукт, за да „надраска“ повърхността на целта.
Трети вариант: пръскане. На електрода, където се прилага напрежението, ние инсталираме мишена - парче материал, което искаме да отложим. Правим плазма с аргон ⦁⦁, аргонът бомбардира повърхността, пръскаме целта и материалът се отлага върху субстрата отсреща.
С последните две опции, ако искам да депозирам различни материали, имам нужда от различни цели или тигли. Мога да имам три, четири, пет различни тигела, но това усложнява техниката. От друга страна, плазмата ми позволява да имам много прецизно управление на газа, да управлявам по-лесно нивото на газа в заграждението и да превключвам по-лесно от отлагане на един материал на друг. Тази особено гъвкава техника е най-интересна днес, поне най-широко разпространена на индустриално ниво. Именно с това произвеждаме всички наши плоски екрани. Тази индустрия се е развила, защото можете да направите полупроводник върху стъклени плочи от 6 квадратни метра, хомогенно, без големи затруднения.
А в космоса какви са основните приложения на тънките филми ?
Международната космическа станция, спътниците, това са неща, които се нуждаят от енергия. Или поемате товара с тях, или правите фотоволтаично преобразуване. В последния случай основният източник на енергия е слънчевата енергия. Във всички точки в пространството няма, ако стигнете твърде далеч, ще се озовете на тъмно. Прочети Пеперудата звезда от Бернар Вербер по този въпрос. Но тъй като в пространството няма триене, след като сте изстреляни, е добре: можете да отидете много далеч от другаде! Накратко, просто се нуждаете от определено количество енергия за задвижване.
Efficiency Ефективността на преобразуване на фотоволтаична клетка се отнася до съотношението между генерираната електрическа енергия и падащата слънчева енергия, с други думи делът на преобразувания слънчев поток. Редът на величината на слънчевия поток на повърхността на Земята при пряка слънчева светлина е 1000 W/m 2 .
Основният въпрос, който възниква по отношение на космическите фотоволтаици, е този за теглото и следователно този за парите (разходи за изстрелване). Тук тънките филми играят ключова роля. Тук си казахме, че може да е интересно да създадем фотоволтаични генератори, използващи много малко материал, обикновено с дебелина един микрон ... В космоса това, което е много важно, е ефективността. Колко kWh/kg мога да произведа? За да генерирате kWh/kg, се нуждаете от висока ефективност на преобразуване lég или светлинни клетки. Тук тънкият филм има сериозно предимство. Американци (Uni-Solar) показаха, че тънките филми с добив 10% са по-конкурентни от клетките десет пъти по-дебели с добиви 30%.
Какъв е рекордът за най-добро представяне ?
Днес ние чупим рекорди именно с технологиите, които се използват в космоса: клетки, направени от III-V материали (съответстващи на колони III и V от периодичната таблица). Това са материали, които не са много в изобилие и следователно скъпи при тяхното изпълнение. Ние правим клетката възможно най-малка, защото материалът е много скъп. Трябва да работим концентрирано: увеличаваме ефективността на преобразуване благодарение на леща на Френел. Усилваме, концентрираме до 500 пъти светлинния лъч.