Straturi subțiri în spațiu - Interviu cu Pere Roca i Cabarrocas
Interviu realizat de Léo Benichou și Tony Côme, ilustrat de Sophie Cure.
publicat pe
30 septembrie 2014
Pere Roca i Cabarrocas ne primește la PICM la Școala Politehnică, la laboratorul de Fizică a interfețelor și a filmelor subțiri pe care îl conduce din 2012. Ne spune, cu mâinile sale, despre bucătăria mică a straturilor subțiri: „Avem o rețetă, punem sare, piper, ulei și la final, gustăm, testăm performanța ”. Cu alte cuvinte: „Aveți un elipsometru și observați caracteristicile optice ale materialului in situ în timpul creșterii ... ”Explicații.
Strabic: pe scurt, ce este un „strat subțire” ?
Pere Roca i Cabarrocas: Noi numim „strat subțire” un material depus pe un substrat - un suport. În domeniul electronicii, a napolitane, este un lingou de siliciu pe care l-am tăiat, pe care l-am tăiat în felii subțiri, conform unui proces de sus în jos. Pentru a obține un strat subțire, facem opusul: luăm un substrat și depunem unul, doi, zece, douăzeci, o mie de atomi pe el. De obicei, acestea sunt materiale care au câteva zeci de nanometri sau chiar câțiva microni grosime, dar nu mai mult. Ceea ce caracterizează un film subțire este mai ales felul în care este produs. În general vorbim despre „creștere”.
Cum este dezvoltată tehnic această creștere a materialelor ?
Prima opțiune: plasma ⦁. Injectez gaz între doi electrozi paraleli, aplic o tensiune, ionizez gazul și depun, atom cu atom, siliciu pe un substrat. Prin urmare, se utilizează o plasmă și un gaz ionizat. Aceste operații se pot face la temperaturi scăzute.
⦁ Nota editorului: vorbim despre depunerea de către PECVD pentru Depunerea chimică a vaporilor îmbunătățită cu plasmă.
A doua opțiune: evaporare. Într-o cameră de vid, așezăm un creuzet în care se află materialul care trebuie depus, încălzim și evaporăm atomii.
⦁⦁ Deoarece argonul este neutru din punct de vedere chimic, acesta poate acționa ca un intermediar mecanic pentru a „zgâria” suprafața țintei.
A treia opțiune: pulverizarea. Pe electrodul unde se aplică tensiunea, instalăm o țintă - o bucată din material pe care vrem să o depunem. Facem o plasmă cu argon ⦁⦁, argonul bombardează suprafața, pulverizăm ținta și materialul se depune pe substratul opus.
Cu ultimele două opțiuni, dacă vreau să depun materiale diferite, am nevoie de ținte sau creuzete diferite. Pot avea trei, patru, cinci creuzete diferite, dar asta complică tehnica. Pe de altă parte, plasma îmi permite să gestionez foarte precis gazul, să gestionez mai ușor nivelul de gaz din incintă și să trec mai ușor de la depunerea unui material la altul. Această tehnică deosebit de flexibilă este cea mai interesantă astăzi, cel puțin cea mai răspândită la nivel industrial. În acest sens, producem toate ecranele noastre plate. Această industrie s-a dezvoltat deoarece putem realiza un semiconductor pe plăci de sticlă de 6 metri pătrați, omogen, fără dificultăți majore.
Și în spațiu, care sunt principalele utilizări ale filmelor subțiri ?
Stația spațială internațională, sateliții, acestea sunt lucruri care au nevoie de energie. Fie iei sarcina cu ei, fie faci conversie fotovoltaică. În acest din urmă caz, principala sursă de energie disponibilă este solara. Nu există niciunul în toate punctele spațiului, dacă mergi prea departe ajungi în întuneric. Citit Fluturele stea de Bernard Werber pe această temă. Dar, din moment ce nu există frecare în spațiu, odată ce te-ai lansat, este bine: poți merge foarte departe de altă parte! Pe scurt, ai nevoie doar de o anumită cantitate de energie pentru propulsie.
⦁ Eficiența conversiei unei celule fotovoltaice se referă la raportul dintre energia electrică generată și energia solară incidentă, cu alte cuvinte proporția fluxului solar convertit. Ordinea de mărime a fluxului solar la suprafața Pământului în lumina directă a soarelui este de 1000 W/m 2 .
Principala întrebare care apare în ceea ce privește fotovoltaica spațială este cea a greutății și, prin urmare, a banilor (costurile de lansare). Aici filmele subțiri joacă un rol cheie. Aici ne-am spus în sinea noastră că ar putea fi interesant să creăm generatoare fotovoltaice folosind foarte puțin material, de obicei gros de un micron ... În spațiu, ceea ce este foarte important este eficiența. Câți kWh/kg pot produce? Pentru a genera kWh/kg, aveți nevoie de o eficiență ridicată de conversie sau de celule ușoare. Aici, pelicula subțire are un avantaj serios. Americanii (Uni-Solar) au arătat că filmele subțiri cu randamente de 10% sunt mai competitive decât celulele de zece ori mai groase cu randamente de 30%.
Care este recordul pentru cea mai bună performanță ?
Astăzi, batem recorduri exact cu tehnologiile utilizate în spațiu: celule realizate din materiale III-V (corespunzătoare coloanelor III și V din tabelul periodic). Acestea sunt materiale care nu sunt foarte abundente și, prin urmare, costisitoare în implementarea lor. Facem celula cât mai mică posibil, deoarece, precis, materialul este foarte scump. Trebuie să lucrăm concentrat: creștem eficiența conversiei datorită lentilei Fresnel. Amplificăm, concentrăm de până la 500 de ori fasciculul de lumină.