Олег Манчулянцев - Как вырастить компанию на миллиард. Прописные истины венчурного бизнеса

Дано:Процесс производства пластин кремниевого элемента состоит из следующих операций:

• выращивание цилиндрического слитка по методу Чохральского. Рост производят при температуре 1400 °С, что обуславливает высокие энергозатраты;

• обрезка слитка до параллелепипеда. При этом боковые части идут на повторную переплавку;

• резка слитка на пластины. Толщина пластин не может быть меньше 200–250 мкм, иначе возрастает хрупкость. Из-за загрязнения опилок кремния частичками пилы кремний из пропила идет в отход;

• полировка пластин. В ходе процессов травления кислотами идет исправление неровностей, оставленных пилой.

Задача: необходимо снизить себестоимость пластин кремниевого элемента .

Решениепо Стандарту 2.4.7 «Использование физэффектов» (в частности, сил поверхностного натяжения в жидкости) и Способом № 30 «Использование гибких оболочек и тонких пленок».

Если окунуть кольцо в мыльный раствор, то за счет сил поверхностного натяжения на нем образуется пленка, из которой дети любят выдувать пузыри. Нам пузыри не нужны, а вот пленка очень даже.

Что будет, если мыльный раствор заменить на расплав кремния, а кольцо – на квадратную рамку? Правильно, тонкая кремниевая пленка, которая при охлаждении кристаллизуется. Если ее аккуратно вырезать лазером по контуру, получится готовая пластина без каких либо потерь.

Чтобы кремний успел кристаллизоваться, скорость, «изъятия» рамки из расплава должна быть достаточно медленной. Поэтому решение разумно дополнить Приемом № 5 «Принцип объединения однородных или предназначенных для смежных операций объектов» и одновременно опускать несколько рамок. Таким образом в 1965 году был разработан Edge-defined film-fed growth (EFG) – процесс.

Резать или вытягивать? Вот в чем вопрос!

Хорошо, от потерь мы избавились, но толщина пластины все равно составляет 300 мкм. Нужно меньше.

РешениеСпособами № 1 «Принцип дробления» и № 14 «Принцип сфероидальности». Площадь шара почти в 4 раза больше площади пластины. Это значит, что при одинаковой толщине, сферический элемент будет работать в 4 раза интенсивнее. Более того:

• сферическая форма позволяет фотоэлементу быть постоянно обращенной к солнцу (в отличие от плоских пластин);

• не связанные друг с другом кристаллы теперь могут гнуться!

Так в 1974 году появились фотоэлементы на сферических кристаллах.

Как ты шарик ни крути, он все равно тебе и солнцу улыбается…

Хорошо, от потерь мы избавились, но толщина все равно составляет 300 мкм. Нужно меньше. Но, уменьшая толщину, мы сталкиваемся с хрупкостью: при резке пластина ломается, при выращивании из расплава пленка рвется. Что делать?

Решениес помощью Приема № 3 «Принцип местного качества», пункт Б – «Разные части объекта должны выполнять различные функции». В нашем случае одна часть фотоэлемента должна отвечать за конвертацию излучения, вторая – за надежность. Для этого можно, как в бутерброде, взять хорошую подложку из дешевого материала, тогда и слой масла может быть тоньше. В случае с кремнием толщину удалось снизить до 1 мкм, а на рынке в 1976 г. появились гибкие тонкопленочные фотоэлементы на аморфном кремнии.

Когда эйфория по поводу толщины в 1 мкм сошла, выяснилось, что из-за сниженного КПД (6–8 % у пленок против 15–17 % у кристаллических пластин) пленкам требуется больше места, что для стесненных габаритов больших городов не очень-то приемлемо. Встала новая задача – сохранив низкий расход кремния, поднять наш КПД.

РешениеСпособом № 3 «Принцип местного качества» (разные части объекта должны выполнять различные функции) и Способом № 40 «Применение композиционных материалов».

Чем тоньше слой, тем больше бутербродов!

Не будет ли бутерброд вкуснее, если поверх масла положить колбасу? Почему бы не объединить наши пленки и шарики в многослойный элемент? Пусть аморфный кремний работает с длинноволновой частью спектра, а микрокристаллы – с длинноволновой. Такие элементы получили название «Тандемные» и увеличили КПД до 11 %.

Бутерброд с колбасой всяко вкуснее!

И напоследок мне хотелось бы продемонстрировать еще один изящный прием – метод маленьких человечков. Суть его в том, чтобы представить: а что должны делать маленькие человечки, чтобы решить нашу задачу. Например, чтобы еще больше увеличить КПД.

Мы знаем, что кремний взаимодействует с ограниченным спектром электромагнитного излучения (350–750 мкм). Это значит, что инфракрасное (>750) и ультрафиолетовое (<350) излучение не используется. Вот было бы здорово, если бы маленькие человечки научились захватывать эти волны и конвертировать его в электричество.

Не можешь сам, найми человечков!

Я, затаив дыхание, ждал сообщений, кто же первый сопряжет наночастицы и фотоэлемент. В начале 2000-х годов начали появляться сообщения, что наночастицы могут взаимодействовать с электромагнитным излучением. Наибольших успехов добились исследователи Университета Нового Южного Уэльса, Австралия, под руководством профессора Саприя Пиллай (Supriya Pillai). В 2006 году им удалось увеличить КПД кремниевого элемента на 33 %, о чем они отрапортовали в Applied Physics.

Разработка технологий. Инструкция по применению

Чтобы разработать новую технологию, нужно сформулировать бизнес-задачу в соответствии с законами развития технических систем:

• развитие технических систем идет в направлении увеличения управляемости;

• развитие современных технических систем идет в направлении увеличения степени дробления (дисперсности) рабочих органов.

К полученной задаче нужно приложить один из 76 стандартов или 40 приемов ТРИЗ, немного фантазии и чуточку терпения. Вы поразитесь результатам. Ваши друзья тоже.

Здорово, скажете вы. Теперь можно изобретать. Но наверняка у вас крутится в голове вопрос: а могу ли я?

Для этого рекомендую прочитать книгу Г.С. Альтшуллера «Найти идею». А в ней обратите внимание на место, где автор дает ответ на этот вопрос.

Все крупные изобретения сделаны неспециалистами, потому что нужной специальности просто еще нет: изобретатель и становится первым специалистом