Новости химической науки > Низкотемпературный процесс для кристаллического кремния

Получение чистого кристаллического кремния для солнечных батарей и электроники обычно сводится к нагреванию самородного или восстановленного кремния до 2000°C.

Предлагая разработать экономически эффективные и менее энергозатратные методы получения кристаллического кремния, исследователи сообщают о маломасштабном получении столь важного материала для электроники при 80°C.

Для низкотемпературного получения кристаллического кремния исследователи наносили слой тетрахлорида кремния на поверхность расплава галлия (сверху). После пропускания через жидкий галлий электрического тока тетрахлорид восстанавливается до элементарного кремния, который кристаллизуется в галлии (снизу). (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/ja310897r)

Для низкотемпературного получения кристаллического кремния исследователи из группы Стефана Мальдонадо (Stephen Maldonado) из Университета Мичигана решили использовать метод, обычно применяющийся для очистки металлов – электроосаждение.

Обычно электроосаждение проводится следующим образом – электроды помещают в раствор или расплав соли металла, и через жидкость подается постоянный электрический ток. На катоде происходит восстановление металла, который и осаждается на электроде. Поскольку электроосаждение может быть экономически выгодным и масштабируемым, исследователи уже пытались получать кристаллический кремний с помощью этого метода, однако это позволило понизить температуру всего до 1000°C.

Для более существенного понижения температур Мальдонадо с коллегами заменил один из твердотельных электродов, обычно использующихся при электроосаждении, электродом из галлия. На поверхность расплавленного галлия помещался раствор тетрахлорида кремния (SiCl₄), после чего к расплавленному галлию прилагали электрический ток. В результате этого происходит электровосстановление кремния, который растворяется в жидком металле. По мере протекания процесса кремний насыщает жидкий галлий и начинает кристаллизоваться на поверхности расплавленного металла.

Мальдонадо отмечает, что пока новый метод нельзя использовать для крупномасштабного производства кристаллического кремния, поскольку четыреххлористый кремний не является устойчивым соединением, и для его производства требуется большое количество энергии, однако в настоящее время исследователи планируют оптимизировать метод под диоксид кремния.

Источник: J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/ja310897r

метки статьи: #неорганическая химия, #физическая химия, #химическая технология, #электрохимия