Vous pouvez le considérer comme de l'origami - un origami de très haute technologie. Des chercheurs de l'Université de l'Illinois ont mis au point une technique de fabrication en trois dimensions, structures de silicium monocristallin à partir de couches minces en couplant la photolithographie et un processus d'auto-pliage piloté par des interactions capillaires.

Les films, seulement quelques microns d'épaisseur, offrent une pliabilité mécanique qui n'est pas possible avec des pièces plus épaisses du même matériau.

"C'est une approche complètement différente de la fabrication de structures tridimensionnelles, " a déclaré Ralph G. Nuzzo, le professeur de chimie G. L. Clark à l'Illinois. "Nous ouvrons une nouvelle fenêtre sur ce qui peut être fait dans les processus d'auto-assemblage."

Nuzzo est l'auteur correspondant d'un article accepté pour publication dans le Actes de l'Académie nationale des sciences . L'article doit être publié sur le site Web Early Edition de la revue la semaine du 23 novembre.

Comme démonstration de la nouvelle capillarité, processus d'auto-assemblage, Nuzzo et ses collègues ont construit des cellules solaires en silicium de forme sphérique et cylindrique et évalué leurs performances.

Les chercheurs ont également développé un modèle prédictif qui prend en compte le type de couche mince à utiliser, les propriétés mécaniques du film et la forme structurelle souhaitée.

"Le modèle identifie les conditions critiques pour l'auto-pliage de différentes formes géométriques, " a déclaré le professeur de sciences mécaniques et d'ingénierie K. Jimmy Hsia. " En utilisant le modèle, nous pouvons améliorer le processus de pliage, sélectionner le meilleur matériau pour atteindre certains objectifs, et prédire le comportement de la structure pour un matériau donné, épaisseur et forme."

Pour fabriquer leurs cellules solaires autonomes, les chercheurs ont commencé par utiliser la photolithographie pour définir la forme géométrique souhaitée sur un film mince de silicium monocristallin, qui a été monté sur un plus épais, plaquette de silicium isolée. Prochain, ils ont enlevé le silicium exposé avec un agent de gravure, découper la feuille de silicium restante avec de l'acide, et libéré la feuille de la plaquette. Ensuite, ils ont placé une petite goutte d'eau au centre du motif en aluminium.

Au fur et à mesure que l'eau s'évapore, les forces capillaires ont rapproché les bords de la feuille, provoquant l'enroulement du papier d'aluminium autour de la goutte d'eau.

Pour conserver la forme désirée après l'évaporation complète de l'eau, les chercheurs ont placé un petit morceau de verre, enduit d'un adhésif, au centre du motif en feuille. Le verre a "gelé" la structure tridimensionnelle en place, une fois qu'il a atteint l'état plié souhaité.

« Les structures photovoltaïques qui en résultent, pas encore optimisé pour les performances électriques, offrir une approche prometteuse pour récupérer efficacement l'énergie solaire avec des couches minces, " a déclaré Jennifer A. Lewis, Thurnauer, professeur de science et d'ingénierie des matériaux et directeur du laboratoire de recherche sur les matériaux Frederick Seitz de l'université.

Contrairement au conventionnel, cellules solaires plates, la courbe, les structures tridimensionnelles servent également d'optique de suivi passive en absorbant la lumière de presque toutes les directions.

« On peut attendre de cette démonstration de référence des structures photovoltaïques en couches minces qui se comportent comme si elles étaient optiquement denses, et bien plus efficace, ", a déclaré Lewis.

Le nouveau processus d'auto-assemblage peut être appliqué à une variété de matériaux à couche mince, pas seulement du silicium, les chercheurs ont noté dans leur article.

Source :Université de l'Illinois à Urbana-Champaign (actualité :web)