Nanoteknologi ændrer materialers adfærd

En af grundene til, at solceller ikke bruges mere udbredt, er omkostningerne - de materialer, der bruges til at gøre dem mest effektive, er dyre. Ingeniører udforsker måder at printe solceller fra blæk på, men enhederne virker ikke så godt.

Elijah Thimsen, PhD, adjunkt i energi, miljø- og kemiteknik på School of Engineering &Applied Science ved Washington University i St. Louis, og et team af ingeniører ved University of Minnesota har udviklet en teknik til at øge ydeevnen og den elektriske ledningsevne af tynde film, der udgør disse materialer ved hjælp af nanoteknologi. Deres arbejde blev offentliggjort den 19. december, 2014, spørgsmål af Naturkommunikation.

Gennemsigtige ledere er tynde film, som simpelthen er ultratynde lag af materialer aflejret på en overflade, der tillader lys at passere igennem og lede elektricitet, en proces, hvor elektroner strømmer gennem et system. Thimsen og hans team fandt ved at ændre strukturen af ​​en tynd film lavet af zinkoxidnanopartikler, elektroner strømmede ikke længere gennem systemet på en konventionel måde, men hoppede fra sted til sted ved en proces kaldet tunneling.

Holdet målte de elektroniske egenskaber af en tynd film lavet af zinkoxidnanopartikler før og efter belægning af overfladen med aluminiumoxid. Både zinkoxid-nanopartikler og aluminiumoxid er elektroniske isolatorer, så kun en lille mængde elektricitet strømmer gennem dem. Imidlertid, når disse isolatorer blev kombineret, forskerne fik et overraskende resultat.

"Den nye komposit blev meget ledende, " sagde Thimsen. "Kompositten udviser fundamentalt anderledes adfærd end moderforbindelserne. Vi fandt ud af, at ved at kontrollere materialets struktur, du kan kontrollere mekanismen, hvormed elektroner transporteres."

Fordi årsagen bag dette ikke er godt forstået, Thimsen og teamet planlægger at fortsætte arbejdet med at forstå forholdet mellem strukturen af ​​nanopartikelfilmen og elektrontransportmekanismen, han sagde.

"Hvis elektronerne tunnelerer, de bevæger sig ikke rigtig med en klassisk hastighed og bevæger sig fra et punkt til det næste, " sagde Thimsen. "Hvis elektroner tunnelerer fra det ene punkt til det næste, en hypotese er, at de ikke vil interagere med stærke magnetiske felter. En af vores langsigtede visioner er at skabe et materiale, der har høj elektrisk ledningsevne, men som ikke interagerer med magnetiske felter."

Ud over, den nye komposits adfærd forbedrede også dens ydeevne, hvilket i sidste ende kan være med til at sænke omkostningerne ved materialer, der bruges i solceller og andre elektroniske enheder.

"Forestillingen er ganske god, men ikke på det niveau, det skal være for at være kommercielt levedygtigt, men det er tæt på, sagde Thimsen.