Zonnecellen en microchips

De zon wint gaandeweg aan belang als energiebron. Om haar energie op te vangen worden zonnepanelen met hoogtechnologische, zeer zuivere siliciumcellen ingezet. Silicium (Si) is een chemisch element en wordt meestal bereid als een blauwgrijs poeder. In zuivere toestand is het een intrinsieke halfgeleider . Silicium wordt gemaakt uit zand maar voor ultrazuiver silicium heb je ook chloor nodig. Silicium wordt vooral ingezet in zonnecellen maar ook de snel groeiende elektronica-industrie vereist zeer zuiver silicium voor het maken van microchips.

Silicium

Silicium wordt gemaakt uit kwartszand (siliciumdioxide) en dat is onbeperkt beschikbaar;
na zuurstof is silicium het meest voorkomende element op aarde;
het kwartszand wordt in een elektrische oven verhit tot ongeveer 1700 °C. Bij dit proces ontstaat silicium met een zuiverheidsgraad van 96 tot 99 % ;
voor heel wat toepassingen is een veel hogere zuiverheid nodig waarbij hooguit één vreemd atoom mag voorkomen op 10¹² siliciumatomen;
om die hoge zuiverheid te bekomen wordt het silicium opgelost in waterstofchloride (zoutzuur) en door herhaalde destillatie gezuiverd;
het daarbij gevormde trichlorosilaan wordt met waterstof gereduceerd tot vloeibaar silicium;
uit de vloeibare massa wordt een staaf getrokken: het "monokristal" (tot ongeveer 20 cm doorsnede);
van dit monokristallijn silicium worden flinterdunne (0,5 mm) schijfjes ( "wafers") afgezaagd.

Toepassingen van silicium

Zonnecellen

De zon biedt onbeperkte mogelijkheden als alternatieve energiebron;
in een fotovoltaïsche zonnecel wordt licht rechtstreeks omgezet in elektriciteit;
het omzetten van zonlicht in bruikbare energie vindt reeds geruime tijd plaats in de ruimtevaart;
ook op aarde vangen zonnecellen energie op voor de aandrijving van zakrekenmachientjes, polshorloges en milieuvriendelijk speelgoed. Er bestaan ook dakpannen met ingebouwde zonnecellen die licht rechtstreeks omzetten in elektriciteit. Praatpalen, berghutten, bushokjes, straatlantaarns en scheepsboeien die zichzelf met energie bevoorraden - het is allemaal actuele realiteit;
de zonnecellen die het licht opvangen en omzetten in energie zijn siliciumschijfjes;
de aanmaak van zonnecellen vergt een hoogtechnologische aanpak;
voorlopig verhindert alleen de kostprijs van de zonnecellen nog de verspreiding op grote schaal.

Bushalte voorzien van zonnecellen voor de communicatie

Dak van een huis bedekt met zonnepanelen

Microchips

Siliciumkristallen zijn zeer geschikt voor toepassingen in de micro-elektronica;
om een chip te maken wordt een uitermate zuiver siliciumkristal in zeer dunne plakjes gezaagd;
op deze plakjes worden met behulp van fysische en chemische technieken superkleine onderdelen aangebracht;
er worden lijntjes getrokken die amper 0,1 micrometer (µm) of 1/100.000ste van een centimeter breed zijn;
zo ontstaat een compleet apparaat op microniveau;
chips niet groter dan een vingernagel zorgen voor een goede ontvangst van radio en TV en voor de perfecte weergave van cassette- en videorecorders. In een hogesnelheidstrein en moderne jets fungeren ze als copiloot. Ze regelen de uitlaatgassen van motoren en de sensoren van de airbag. In de industrie besturen zij de meest ingewikkelde machines en robots of controleren zij de productie en de kwaliteit;
in de informatica zijn de mogelijkheden oneindig. De zuivere siliciumchip is het hart van elke computer en levert een enorme geheugencapaciteit.

Chemisch polijsten van microchips