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Un ingegnere e YouTuber, noto come Dr. Semiconductor, ha recentemente mostrato in un video come è possibile realizzare una cella solare operativa partendo da un wafer di silicio, utilizzando un forno a microonde al posto delle tradizionali attrezzature. La cella ottenuta ha raggiunto un'efficienza di circa il 5%. Sebbene le celle solari commerciali superino il 20% di efficienza, questo esperimento dimostra che la giunzione p-n, fondamentale per il funzionamento di una cella, può essere creata con strumenti accessibili in un laboratorio casalingo.
Il processo inizia con un wafer di silicio di tipo p, che contiene cariche positive. Viene poi introdotto del fosforo nello strato superficiale per formare una sottile regione di tipo n. L'incontro tra queste due regioni crea la giunzione, che ha il compito di separare le cariche elettriche generate dall'esposizione alla luce. Il wafer di silicio necessario per l'esperimento può essere acquistato online, purché sia privo di incisioni preesistenti.
Per creare lo strato ricco di fosforo, si prepara una miscela specifica composta da tetraetil ortosilicato, acido fosforico, etanolo e acqua distillata. Questa soluzione viene fatta bollire per circa mezz'ora e poi applicata sul wafer tramite la tecnica dello spin coating, utilizzando una piattaforma rotante. Questo strato è cruciale perché fornisce il fosforo che si diffonderà nel silicio.
Il wafer rivestito viene quindi inserito in un forno a microonde per circa trenta minuti a bassa potenza. L'ingegnere ha dovuto mantenere la potenza al di sotto del 50% per evitare di fondere il silicio. Il microonde non riscalda direttamente il wafer, ma un materiale assorbente converte l'energia delle microonde in calore, raggiungendo circa 1.000 °C. A questa temperatura, il fosforo si diffonde nella superficie del wafer, un passaggio che solitamente richiede attrezzature termiche specializzate.
Dopo il trattamento termico, è necessario rimuovere il sottile strato di vetro formatosi sulla cella, tramite carteggiatura o attacco chimico. Successivamente, si applicano i contatti: una lega di gallio-indio sul lato di tipo p e indio sul lato di tipo n, quello drogato con fosforo. Questi metalli teneri sono stati scelti in alternativa ai processi di deposizione dei contatti tipici della produzione industriale di semiconduttori. Una volta completata, la cella produce una risposta elettrica misurabile quando esposta alla luce.
Questo metodo rimane un esperimento di laboratorio, con una resa limitata e senza la precisione o la ripetibilità della produzione industriale. Tuttavia, potrebbe interessare gli appassionati di tecnologia. È importante notare che l'uso di temperature elevate e sostanze chimiche per la lavorazione dei semiconduttori comporta rischi per la sicurezza. Dr.
Semiconductor ha suggerito possibili miglioramenti, come l'uso di una camera bianca, un rivestimento antiriflesso e contatti più efficienti, per aumentare l'efficacia della cella.
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