Nanoteknologi til energimaterialer:Elektroder som bladårer

Metalliske ledninger i nanostørrelse tiltrækker sig stigende opmærksomhed som ledende elementer til fremstilling af gennemsigtige elektroder, som anvendes i solceller og touch screen paneler. Ud over høj elektrisk ledningsevne, fremragende optisk transmittans er en af ​​de vigtige parametre for en elektrode i fotovoltaiske applikationer.

Et internationalt hold ledet af HZB-videnskabsmanden Prof. Michael Giersig har for nylig demonstreret til disse applikationer, at netværk af metallisk mesh, der har fraktallignende nano-funktioner, overgår andre metalliske netværk i brugen. Disse resultater er nu blevet offentliggjort i den seneste udgave af det anerkendte tidsskrift Naturkommunikation .

Deres nye udvikling er baseret på det, der kaldes quasi-fractal nano-features. Disse strukturer har ligheder med de hierarkiske netværk af vener i blade. Giersigs team var i stand til at vise, at metalliske netværk med disse funktioner optimerer elektrodernes ydeevne til flere applikationer. De kombinerer minimeret overfladedækning med ultralav total modstand, mens de opretholder ensartet strømtæthed. Ud over, det blev påvist, at disse netværk, inspireret af naturen, kan overgå ydelsen af ​​konventionelle indiumtinoxid (ITO) lag. I eksperimenter på kunstigt konstruerede elektrodenetværk af forskellige topologier, forskerne konstaterede, at ikke-periodisk hierarkisk organisation udviste lavere modstand såvel som fremragende optisk transmittans sammenlignet med periodisk organisation. Dette førte til forhøjet udgangseffekt for fotovoltaiske komponenter.

"På grundlag af vores undersøgelser, vi var i stand til at udvikle en økonomisk gennemsigtig metalelektrode", siger Giersig, fortsætter "Vi opnår dette ved at integrere to sølvnetværk. Et sølvnetværk påføres med en bred maskeafstand mellem hovedlederne med mikrondiameter, der tjener som "motorvejen" for elektroner, der transporterer elektrisk strøm over makroskopiske afstande." Ved siden af, yderligere tilfældigt fordelte nanotrådsnetværk tjener som lokale ledere til at dække overfladen mellem de store mesh-elementer. "Disse mindre netværk fungerer som regionale vejbaner ved siden af ​​motorvejene for at randomisere retningerne og styrkerne af de lokale strømme, og også skabe refraktionseffekter for at forbedre gennemsigtigheden ud over den klassiske skyggebegrænsede ydeevne", ifølge Giersig. "Solceller baseret på disse elektroder viser exceptionel høj effektivitet".