Kobber nanotråde kan blive grundlaget for nye solceller

(Phys.org) —Ved at se på et stykke materiale i tværsnit, Washington University i St. Louis ingeniør Parag Banerjee, PhD, og hans team opdagede, hvordan kobber spirer græslignende nanotråde, der en dag kunne laves om til solceller.

Banerjee, adjunkt i materialevidenskab og ekspert i at arbejde med nanomaterialer, Fei Wu, færdiguddannet forskningsassistent, og Yoon Myung, PhD, en postdoc forskningsassistent, tog også et skridt i retning af at gøre solceller og mere omkostningseffektive.

Banerjee og hans team arbejdede med kobberfolie, et simpelt materiale, der ligner husholdnings-aluminiumsfolie. Når de fleste metaller opvarmes, de danner en tyk metaloxidfilm. Imidlertid, nogle få metaller, såsom kobber, jern og zink, dyrke græslignende strukturer kendt som nanotråde, som er lange, cylindriske strukturer nogle hundrede nanometer brede og mange mikrometer høje. De satte sig for at bestemme, hvordan nanotrådene vokser.

"Andre forskere ser på disse ledninger fra toppen og ned, " siger Banerjee. "Vi ville gerne gøre noget anderledes, så vi brød vores prøve og så på den fra siden for at se, om vi fik forskellige oplysninger, og det gjorde vi."

Resultaterne af undersøgelsen blev for nylig offentliggjort i CrystEngComm . Washington University's International Center for Advanced Renewable Energy &Sustainability (I-CARES) og McDonnell Academy Global Energy and Environment Partnership (MAGEEP) ydede finansiering til forskningen.

Holdet brugte Raman-spektroskopi, en teknik, der bruger lys fra en laserstråle til at interagere med molekylære vibrationer eller andre bevægelser. De fandt en underliggende tyk film bestående af to forskellige kobberoxider (CuO og Cu2O), der havde smal, lodrette søjler af korn løber gennem dem. Mellem disse kolonner, de fandt korngrænser, der fungerede som arterier, hvorigennem kobberet fra det underliggende lag blev skubbet igennem, når der blev tilført varme, skabe nanotrådene.

"Vi leger nu med denne ioniske transportmekanisme, tænde og slukke for det og se om vi kan få nogle forskellige former for ledninger, " siger Banerjee, der driver Laboratory for Emerging and Applied Nanomaterials (L.E.A.N.).

Ligesom solceller, nanotrådene har en enkelt krystal struktur, eller et sammenhængende stykke materiale uden korngrænser, siger Banerjee.

"Hvis vi kunne tage disse og studere nogle af de grundlæggende optiske og elektroniske egenskaber, vi kunne potentielt lave solceller, " siger han. "Med hensyn til optiske egenskaber, kobberoxider er godt positioneret til at blive et solenergi-høstmateriale."

Fundet kan også gavne andre ingeniører, der ønsker at bruge enkeltkrystaloxider i videnskabelig forskning. Fremstilling af enkeltkrystal Cu2O til forskning er meget dyrt, Banerjee siger, koster op til omkring $1, 500 for en krystal.

"Men hvis du kan leve med denne form, er det en lang ledning i stedet for en lille krystal, du kan virkelig bruge det til at studere grundlæggende videnskabelige fænomener, " siger Banerjee.

Banerjees team leder også efter andre anvendelsesmuligheder for nanotrådene, herunder at fungere som en halvleder mellem to materialer, som fotokatalysator, en solcelle eller en elektrode til at spalte vand.