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Metal líquido produce cristales de silicio a temperaturas extremadamente bajas

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24 enero 2013

ANN ARBOR— Una nueva manera de hacer silicio cristalino, desarrollado por investigadores de la Universidad de Michigan, UM, podría hacer que este ingrediente crucial de computadoras y  células solares sea más barato y más ecológico.

 

Dióxido de silicio, ó arena representa aproximadamente un 40%  de la corteza terrestre, pero el método industrial de convertir arena en silicio cristalino es muy caro y tiene un impacto ecológico importante debido a las condiciones extremas de procesamiento.

 

“El silicio cristalino en electrónica moderna producido a través de una serie de reacciones químicas de energía intensa con temperaturas mayores a los 2000°F,  produce una gran cantidad de dióxido de carbono ” dijo Stephen Maldonado, profesor de química y física aplicada en la Escuela de Ingienería de la UM.

 

Recientemente, Maldonado y los estudiantes de posgrado de química  Junsi Gu y Eli Fahrenkrug descubrieron una manera de producir  cristales de silicio directamente sólo a  180°F, la temperatura interna de un pavo cocinado. Y los investigadores lo realizaron tomando ventajas de un fenómeno que se puede ver facilmente en la cocina.

 

Cuando el agua se super satura con azúcar, el azúcar puede formar cristales espontáneamente, lo que es popularmente conocido como caramelo de roca.

 

“En vez de usar agua, usamos metal líquido, y en vez de azúcar, usamos silicio”,  explica Maldonado.

El equipo hizo una solución que contenía  silicio de tetracloruro y lo colocaron en capas a lo largo de un electrodo de galio líquido.  Los electrodos del metal convirtieron el silicio de tetracloruro en silicio en bruto, que posteriormente se disolvió en el metal líquido.

“El metal líquido es el aspecto clave de nuestro proceso” dijo Maldonado.  “Numerosos metales sólidos también pueden entregar electrones que transforman tetracloruro en silicio desordenado, pero sólo metales como el galio puede servir adicionalmente como líquidos para la cristalización silicio sin calor adicional”.

El equipo informó películas oscuras de silicio cristalizado se acumularon en las superficies de los electrodos líquidos de galio,  en el artículo publicado en el Journal of the American Chemical Society el 24 de Enero.

Hasta ahora, los cristales son muy pequeños, sobre 1/2000th de un milímetro de diámetro, pero Maldonado espera mejorar la técnica y hacer cristales de silicio más grandes diseñados para aplicaciones tales como la conversión de energía luminosa en electricidad o para almacenar energía. El equipo estudia varias variaciones del proceso  incluyendo el uso de otras aleaciones de metales de bajo punto de fusión.
Si el enfoque resulta viable, las consecuencias podrían ser enormes, especialmente para la industria de la energía solar. El silicio cristalino es actualmente el material más utilizado en la energía solar, pero el coste de silicio ha conducido a muchos investigadores a buscar semiconductores alternativos.

 

“Es demasiado temprano para estimar con precisión hasta qué punto el proceso podría bajar el precio del silicio”, dijo Maldonado, “pero la posibilidad de un proceso escalable, dramáticamente menos costoso y más benigno para el medio ambiente, existe”

“El sueño final es transformar la  arena en  silicio cristalino en un solo paso”, dijo. “No hay ninguna ley fundamental que dice que esto no se puede hacer.”

La universidad está llevando a cabo la protección de patentes para la propiedad intelectual, y está buscando socios de comercialización para ayudar a llevar la tecnología al mercado.

El documento se titula “La electrodeposición directa de silicio cristalino a temperaturas bajas.” Doi: 10.1021/ja310897r

Contacto (inglés):
Kate McAlpine
Teléfono: (734) 763-4386