Du kan se det som origami - mycket högteknologisk origami. Forskare vid University of Illinois har utvecklat en teknik för att tillverka tredimensionella, enkristallina kiselstrukturer från tunna filmer genom koppling av fotolitografi och en självfällbar process som drivs av kapillära interaktioner.

Filmerna, bara några mikron tjock, erbjuder mekanisk böjbarhet som inte är möjlig med tjockare bitar av samma material.

"Detta är ett helt annat tillvägagångssätt för att skapa tredimensionella strukturer, "sa Ralph G. Nuzzo, G. L. Clark professor i kemi vid Illinois. "Vi öppnar ett nytt fönster för vad som kan göras i självmonteringsprocesser."

Nuzzo är motsvarande författare till ett papper godkänt för publicering i Förfaranden från National Academy of Sciences . Tidningen kommer att publiceras på tidskriftens webbplats för tidig upplaga veckan den 23 november.

Som en demonstration av den nya kapillärdrivna, självmonteringsprocess, Nuzzo och kollegor konstruerade sfäriska och cylindriska formade kiselsolceller och utvärderade deras prestanda.

Forskarna utvecklade också en prediktiv modell som tar hänsyn till vilken typ av tunn film som ska användas, filmens mekaniska egenskaper och önskad strukturform.

"Modellen identifierar de kritiska förutsättningarna för självfällning av olika geometriska former, "sade professor i mekanisk vetenskap och teknik K. Jimmy Hsia." Med hjälp av modellen vi kan förbättra vikningsprocessen, välj det bästa materialet för att uppnå vissa mål, och förutsäga hur strukturen kommer att bete sig för ett givet material, tjocklek och form. "

För att tillverka sina fristående solceller, forskarna började med att använda fotolitografi för att definiera den önskade geometriska formen på en tunn film av enkristallint kisel, som var monterad på en tjockare, isolerad kiselskiva. Nästa, de tog bort det exponerade kislet med etsning, underskrida den återstående kiselfolien med syra, och släppte folien från skivan. Sedan placerade de en liten droppe vatten i mitten av foliemönstret.

När vattnet avdunstade, kapillärkrafter drog ihop kanterna på folien, så att folien lindas runt vattendroppen.

För att behålla önskad form efter att vattnet hade avdunstat helt, forskarna placerade en liten bit glas, belagd med ett lim, i mitten av foliemönstret. Glaset "frös" den tredimensionella strukturen på plats, när den hade nått önskat vikt tillstånd.

"De resulterande solcellsstrukturerna, ännu inte optimerad för elektrisk prestanda, erbjuda ett lovande tillvägagångssätt för effektiv skörd av solenergi med tunna filmer, "sa Jennifer A. Lewis, Thurnauer -professor i materialvetenskap och teknik och chef för universitetets Frederick Seitz materialforskningslaboratorium.

Till skillnad från konventionella, platta solceller, den böjda, tredimensionella strukturer fungerar också som passiv spårningsoptik genom att absorbera ljus från nästan alla riktningar.

"Vi kan se fram emot från denna riktmärksdemonstration till fotovoltaiska strukturer gjorda av tunna filmer som beter sig som om de är optiskt täta, och mycket effektivare, "Sa Lewis.

Den nya självmonteringsprocessen kan tillämpas på en mängd olika tunnfilmsmaterial, inte bara kisel, forskarna noterade i sitt papper.

Källa:University of Illinois at Urbana-Champaign (nyheter:webb)