Ny dopingmetode forbedrer egenskaberne af kulstofnanorør

(Phys.org) —Yale University -forskere har udviklet en simpel metode til at kontrollere "doping" af kulstofnanorør (CNT'er), en kemisk proces, der optimerer rørets egenskaber. Rapporteret 29. april i Nano bogstaver , metoden kunne forbedre anvendeligheden af ​​dopede CNT'er i en række nanoteknologier og fleksibel elektronik, herunder CNT-silicium hybrid solenergiceller.

Ledet af André Taylor fra Yale School of Engineering &Applied Science og Nilay Hazari fra Yales kemiafdeling, forskerne udviklede en metode, der bruger organiske forbindelser med en metalkerne - kendt som metallocener - til at producere to mulige typer af dopede CNT'er.

En lille mængde metallocener i opløsning deponeres på CNT'erne, som derefter roteres ved høj hastighed. Denne enkle "spin coating" -proces spreder opløsningen jævnt over overfladen af ​​CNT'erne, resulterer i høje dopingniveauer, der kan forbedre elværdien.

Ved hjælp af metoden, forskerne fandt ud af, at doping med elektronmangel metallocener, såsom dem med en koboltkerne, resulterer i CNT'er med mere positivt ladede elektron "huller" end tilgængelige negativt ladede elektroner til at fylde disse huller; disse CNT'er er kendt som "p-type" på grund af deres positive ladning. På den anden side, doping med elektronrige metallocener, såsom dem med en vanadiumkerne, resulterer i negativt ladede "n-type" CNT'er, som har flere elektroner end huller.

Ifølge holdet, som også omfatter doktorander Xiaokai Li (hovedforfatter) og Louise Guard, metallocener er den første generiske familie af molekyler, der påvises at producere både p-type og n-type doping.

"Vi viste, at ved at ændre koordinatmetallet i en metallocen, vi kunne faktisk gengive disse carbon nanorør p-type eller n-type efter eget ønske, og vi kan endda gå frem og tilbage mellem de to, "sagde Taylor, der er lektor i kemi og miljøteknik. Hazari er adjunkt i kemi.

Fundet er vigtigt, Taylor sagde, fordi selvom p-type doping er almindelig og endda forekommer naturligt, når CNT'er interagerer med luft, tidligere n-type dopingmetoder producerede lave dopingniveauer, der ikke effektivt kunne bruges i enheder. Yale-teamets metode producerede en n-type CNT-siliciumcelle mere end 450 gange mere effektiv end de bedste solceller af denne type.

"Hvis du har et højt dopingforhold, så har du bedre elektrontransport, bedre mobilitet, og i sidste ende en bedre fungerende enhed, "sagde Taylor." Som sådan, disse fund bringer os et skridt videre mod vores mål om at forbedre effektiviteten af ​​hybride solceller. "