•Notícia

• Article 'Silicon millefeuille: From a silicon wafer to multiple thin crystalline films in a single step'

Un equip d’investigadors del Centre de Recerca en Nanoenginyeria (CRnE) i del Departament d’Enginyeria Electrònica de la Universitat Politècnica de Catalunya • BarcelonaTech (UPC) ha trobat la manera de fabricar oblies de silici cristal·lí primes de manera més econòmica i ràpida que en l’actualitat. Els resultats d’aquesta recerca s’han publicat recentment en la versió on line de la revista científica de referència Applied Physics Letters (AIP).

Les oblies de cristall de silici primes —de l’ordre de 10 µm (micres)*— són molt cares i buscades en l’àmbit de la microelectrònica, ja que tenen una importància clau per a la indústria de la microelectrònica, especialment en la integració tridimensional (3D) de microxips, un mercat en ple creixement. El material també té un potencial d’aplicació a mig termini en el camp fotovoltaic, convertint la llum solar en electricitat, i obre un nou camí a la producció de cèl·lules solars més econòmiques, flexibles i de menor pes. Durant els últims anys, s'han desenvolupat tècniques per obtenir oblies cristal·lines de silici cada cop més primes a partir de lingots cilíndrics monocristal·lins. A partir d’ aquests lingots, es tallen les oblies, per la qual cosa es fa servir habitualment una serra multifil, impregnada d’un material abrasiu. El gruix mínim que s’obté per a aquest procediment és del ordre de 150 µm. Per obtenir oblies més primes la cosa es complica i els mètodes existents només permeten obtenir una oblia cada cop, sent necessari repetir tot el procés per aconseguir una segona oblia. En el procés s’arriba a perdre fins al 50% del material.

Ara, la tecnologia desenvolupada pels investigadors del CRnE de la UPC —amb el professor Ramon Alcubilla al capdavant— permet produir un gran nombre de capes cristal·lines amb un gruix controlat, a partir d'una única oblia de silici cristal·lí i en un sol pas, fabricant el que ve a ser com un mil fulls de silici cristal·lí. Això resulta més eficient, ja que fa el procés més ràpid i abarateix costos. L’equip d’investigadors que ha participat en el treball el formen també David Hernández, Trifon Trifonov i Moisés Garín.

La metodologia que proposen els científics del CRnE es basa en fer petits porus dins del material durant el procés i sotmetre’l a alta temperatura. Els investigadors han demostrat que controlant acuradament el perfil d’aquests porus és possible obtenir múltiples capes cristal·lines del silici separades entre elles.

A través d’una precisa modulació del diàmetre del porus, es pot controlar tant el nombre de capes de silici com el seu gruix. D’aquesta manera en resulta el mil fulls d’oblies de silici i les diferents capes (fulls del milfulls) se separen després per exfoliació. El nombre resultant de capes de silici ve determinat únicament pel gruix inicial de l’oblia i pel gruix de les capes. Els investigadors de la UPC han aconseguit crear fins a 10 oblies fines (de 5-7 µm de gruix) a partir d’una sola oblia de 300 µm de gruix.

La demanda d’oblies de silici cristal·lí primes i ultraprimes s’està incrementant degut a la integració tridimensionals de circuits, on es pretén integrar microsistemes electromecànics (MEMS) amb microxips convencionals, i també per les possibilitats d’aplicació que ofereix en la tecnologia fotovoltaica de nova generació. En el procés d’obtenció de cèl·lules solars, per exemple, els processos de tall de les oblies s’ha anat millorant.

De cara a reduir el cost de fabricació de les cèl·lules solars s’ha anat disminuint el gruix de les oblies, mantenint-ne l’eficiència (s’ha passat d’un gruix de 350 µm als anys 90 a 180 µm actualment), però ja és complicat aconseguir reduccions més grans. S’ha demostrat que, tot i tenir gruixos inferiors, les oblies mantenen una alta capacitat d’absorció de l’energia solar i de conversió en electricitat. Aquesta nova recerca de la UPC obre, doncs, un nou camí per a la indústria.

(* una micra és una milionèsima part d’un metre)