Azotek galu może stać się następcą krzemu i znaleźć zastosowanie w fotowoltaice

Azotek galu może stać się następcą krzemu i znaleźć zastosowanie w fotowoltaice
Pixabay / @ atimedia

Azotek galu, którego technologię wytwarzania opracowali polscy naukowcy pod koniec XX wieku, może się okazać następcą krzemu. Tranzystory wykonane z tego półprzewodnika są kilkunastokrotnie mniejsze i są w stanie przenosić większe ładunki energii. Z ich wykorzystaniem firma Xiaomi stworzyła już miniaturową ładowarkę o mocy 65 W. Potencjalnie półprzewodnik ten może znaleźć zastosowanie również w fotowoltaice, a nawet w mikrochipach komunikujących się z układem nerwowym człowieka.

Azotek galu poczynił rewolucyjne zmiany w naszej cywilizacji poprzez zmianę systemu oświetlenia. Otaczają nas diody świecące LED, z których każda składa się z azotku galu. Ma on jeszcze szereg innych zalet, które mogą się przydać w elektronice dużych mocy. W tej chwili zachodzi rewolucyjny proces w energetyce. Przechodzimy na odnawialne źródła energii i potrzebujemy mnóstwa elektronicznych układów, które potrafią sterować energią dużej mocy oraz przekształcać sygnały elektryczne, prądowe.

wskazuje prof. dr hab. inż. Izabella Grzegory, dyrektor Instytutu Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk

Półprzewodnik, jakim jest azotek galu, znalazł niedawno zastosowanie chociażby w superszybkich ładowarkach do smartfonów. W ubiegłym roku na rynku pojawiła się ładowarka Xiaomi o mocy 65 W. Zamiast tranzystorów krzemowych zostały w niej zastosowane tranzystory właśnie z azotku galu. Nie powstają one w wyniku obróbki, lecz są w pewnym sensie hodowane, podobnie jak kryształ.

Grupa japońskich naukowców zbudowała już z wykorzystaniem azotku indu i azotku galu wszczepialny chip o objętości 1 mm3 i ciężarze 2,3 mg. Urządzenie może potencjalnie aktywować określone białka w mózgu i służyć zarówno opiece zdrowotnej – leczeniu chorób neurologicznych – jak również do kontrolowania urządzeń internetu rzeczy.

Technologię kryształów azotku galu oraz budowania z niego tranzystorów rozwijają także naukowcy z Instytutu Wysokich Ciśnień PAN. Komercjalizacja tej pierwszej zaplanowana jest na przełom 2022 i 2023 roku.

Mamy pełny łańcuch technologiczny. Wykonujemy kryształy azotku galu po to, żeby móc na nich budować struktury przyrządów, zarówno optoelektronicznych, takich jak diody laserowe, jak również tranzystorów. Kryształy, które u nas w instytucie są wykonywane, należą do najlepszych na świecie. Mają bardzo mało defektów sieci krystalicznej, więc przyrządy czy struktury na nich budowane mają szereg zalet. Dodatkowo w naszych laboratoriach można przeprowadzić wiele pożytecznych operacji, np. wykonać przyrząd poprzez wbijanie z dużą energią jonów innych pierwiastków, krzemu czy magnezu, do sieci krystalicznej.

tłumaczy prof. Izabella Grzegory

Tak zwane domieszkowanie stosuje się po to, by mieć kontrolę nad urządzeniem wyposażonym w tranzystor wykonany z azotku galu. Z uwagi na to, że cechuje się on szeroką przerwą energetyczną, czysty półprzewodnik byłby cały czas aktywny. Domieszkowanie niszczy strukturę kryształów i żeby ją przywrócić, należy poddać materiał obróbce w warunkach wysokiego ciśnienia, w czym specjalizuje się instytut.

Jedną z głównych zalet azotku galu jest to, że stwarza możliwość wejścia na kolejny poziom miniaturyzacji. Zdaniem naukowców z MIT tranzystor wykonany z tego materiału może być nawet 15-krotnie mniejszy niż jego krzemowy odpowiednik.

To nie są oczywiście jedyne zastosowania azotku galu. Jest on również niezwykle ważny w telekomunikacji, być może również w fotowoltaice, a także procesach takich jak rozszczepianie wody pod wpływem światła słonecznego, jednak są jeszcze na etapie badań naukowych. Jego zastosowanie w optoelektronice, źródłach światła i elektronice dużych mocy jest już daleko zaawansowane aplikacyjnie. My też jesteśmy mocno zaangażowani w ten proces. Azotek galu jest wspaniałym materiałem, lecz bardzo trudnym technologicznie i ważny jest dostęp do pewnych technologii, by wydobyć wszystkie jego zalety.

wymienia dyrektor Instytutu Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk

Jak podkreśla, technologia kryształów rozwijana przez polskich naukowców jest obecnie na etapie linii pilotażowej. Komercjalizacja zaplanowana jest na przełomie 2022 i 2023 roku. Technologia tranzystorów dużych mocy rozwijana jest z kolei w projekcie TECHMATSTRATEG Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w konsorcjum z Siecią Łukasiewicz i z partnerami przemysłowymi.

Pracujemy również w konsorcjum Horizon 2020 o nazwie GaN4AP i tam nasz instytut ma przyjemność kierować dużym pakietem zadań w celu otrzymywania optymalnych struktur do przyrządów elektronicznych dużej mocy na azotku galu.

wskazuje prof. Izabella Grzegory

źródło: newseria.pl

Rodzaje OZE czyli odnawialnych źródeł energii

Energia słoneczna
Energia słoneczna to główne źródło energii na Ziemi, dzięki któremu rośliny zielone produkują biomasę. Energetyka słoneczna to gałąź przemysłu zajmująca się wykorzystaniem energii promieniowania słonecznego zaliczanej do odnawialnych źródeł energii.

Energia wodna
Energia wodna to wykorzystywana gospodarczo energia mechaniczna płynącej wody. Wykorzystanie energii wodnej polega na spiętrzeniu wody, a następnie przetworzeniu energii spadających wód w energię mechaniczną lub elektryczną.

Energia wiatru
Energia wiatru to energia kinetyczna przemieszczających się mas powietrza, zaliczana do odnawialnych źródeł energii. Jest przekształcana w energię elektryczną za pomocą turbin wiatrowych, jak również wykorzystywana jako energia mechaniczna w wiatrakach i pompach wiatrowych, oraz jako źródło napędu w jachtach żaglowych.

Energia geotermalna
Energia geotermalna (energia geotermiczna, geotermia) to energia cieplna skał, wody i gruntu pod powierzchnią Ziemi, zaliczana do odnawialnych źródeł energii. Ciepło to powstaje w wyniku zachodzących we wnętrzu Ziemi reakcji jądrowych i termochemicznych.

Energia prądów morskich, pływów i falowania
Jednym ze źródeł energii odnawialnej jest energia związana z ruchami wody morskiej: falowaniem (wiatrowym i sejsmicznym), pływami (przypływy i odpływy) i prądami morskimi. Moc prądów morskich jest oceniana na 7 TW. Jest to prawie dwa razy więcej niż moc możliwa do otrzymania ze spadku wód śródlądowych.

Energia cieplna oceanu
Energia cieplna oceanu (Thermal Energy Conversion OTEC) to technologia mająca pozwolić odzyskiwać energię cieplną zgromadzoną w wodach oceanów, a dokładnie wykorzystać różnicę temperatur między chłodniejszymi wodami z głębin a cieplejszymi z wód powierzchniowych.

Biomasa
Biomasa oznacza ulegającą biodegradacji frakcję produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej (substancji pochodzenia roślinnego i zwierzęcego), leśnej i powiązanych gałęzi przemysłu, w tym rybołówstwa i akwakultury, a także biogazy i ulegającą biodegradacji frakcję odpadów przemysłowych i komunalnych.

Biopaliwo
Biopaliwo to paliwo wyprodukowane z biomasy. Różnego rodzaju biopaliw jest mnóstwo i występują one w formie gazowej, ciekłej i stałej. Ponieważ biomasa jest odnawialnym źródłem energii, można uważać biopaliwo jako nośnik energii odnawialnej.

Biogaz
Biogaz to gaz powstający z przetworzenia organicznych związków zawartych w biomasie. Jest źródłem wtórnym powstającym z przetworzenia biomasy przy wykorzystaniu różnych procesów. Biogaz może zostać oczyszczony do bio-metanu, aby spełniał standardy jakości gazu ziemnego. Może zostać sprężony i wykorzystywany jako paliwo CNG.

Definicja, wady i zalety odnawialnych źródeł energii
Odnawialne źródła energii (OZE) to źródła energii, których wykorzystywanie nie wiąże się z długotrwałym ich deficytem, ponieważ zasób tych źródeł odnawia się w krótkim czasie. Źródłami takimi są wiatr, promieniowanie słoneczne, opady, pływy morskie, fale morskie i geotermia.

Zostaw proszę komentarz

X