Polovodiče léčí samy sebe, jak zjistili vědci v Izraeli

Výkonnější solární články i další elektronické součástky mohou vzniknout díky samoopravitelnosti

Polovodiče léčí samy sebe, jak zjistili vědci v Izraeli

Schopnost vyléčit své neduhy je připisována pouze živým organismům. Tým vedený vědci z Weizmannova institutu však nyní odhalil, že tento jev se může vyskytovat rovněž u některých polovodičů.
(spe)
Solární články přeměňují sluneční světlo na elektrickou energii. Dosud však, bohužel, bývají vyrobeny z materiálů, které jsou buď velmi drahé, nebo nestabilní. Značná část ceny je spojena také s konstrukcí panelu zabezpečujícího ochranu před účinky vnějšího prostředí. Jeden typ polovodiče, jenž se nyní intenzívně zkoumá, by však mohl poskytnout určité řešení.
Diselenid mědi, india a galia přijde levně, neboť na tenkovrstevných článcích je ho třeba jen velmi malé množství - i když na druhé straně je technologie zabezpečující dokonalou stechiometrii náročná. Při jejím zvládnutí by však výroba nemusela být příliš drahá. K vlastnostem diselenidu patří také neobyčejná stálost, která vědce již dlouho udivovala. Materiál je totiž natolik složitý, že spíše očekávali jeho snadný rozpad. Zůstává ale nedotčen po dlouhou dobu i za velmi tvrdých podmínek panujících ve vesmíru.
Poruchy jinak vznikají ve všech materiálech, protože energie kosmických částic je podstatně vyšší než vazební energie. Vlivem záření jsou tak atomy vytrhávány ze svých rovnovážných poloh do mezimřížkového prostoru. U všech materiálů může dojít k návratu do původních poloh, obvykle však za teplot vyšších než pokojových - u křemíku například při teplotách přes 250 řC. K odstranění některých poruch je třeba teplot nad 400 řC.
Nyní záhadu stability diselenidu vyřešil mezinárodní tým vedený profesorem Davidem Cahenem z oddělení materiálů a rozhraní Weizmannova institutu, za spolupráce s konzultantem Leeorem Kronikem z Telavivské univerzity, kolegy z francouzského CNRS a německé Stuttgartské univerzity. Jejich objev je založen na studii, kdy se krystaly příslušného materiálu vystaví vysokoenergetickému rentgenovému záření. Experimenty byly provedeny v Evropském synchrotronovém zařízení v Grenoblu. Rychlost difúze, či pohyblivost atomu v mřížce, závisí pochopitelně na materiálu, difundující příměsi či vlastních atomech a samozřejmě na teplotě - obvykle ke značně rychlé difúzi dochází až při relativně vysokých teplotách, při nízkých teplotách bývá velmi malá. Ukázalo se, že v některých případech mohou být vazby mezi atomy diselenidu mědi a india přerušeny poměrně snadno. Atomy mědi se však mohou uvnitř polovodičových krystalů volně pohybovat. Další dokonce ještě překvapivější bylo vysvětlení záhadné stability materiálu. Jakmile se totiž některé atomové vazby přerušily, atomy mědi, které jsou schopné se krystalem pohybovat, prostě bloudily kolem dokola tak dlouho, dokud nenarazily na poškozené místo a škodu nenapravily. Tato schopnost opravit sebe sama zřejmě vychází z tendence materiálu zachovat si stav, který se blíží blízký rovnováze.
"Nyní již rozumíme tomu, proč solární články vyrobené z diselenidu mědi, india a galia jsou schopné přežít a fungovat i v tak nepřátelském prostředí, v jakém se na oběžných drahách pohybují satelity. Jakmile se tento "chytrý" materiál jednou poškodí, třeba kosmickým zářením, prostě se pak "vyléčí" sám a obnoví své původní funkce," říká Cahen. Jeho výzkum může vést k mnohem širšímu využití diselenidového polovodiče a napomoci k tvorbě dalších samostabilizujících se materiálů.