Nanowire-arrays kunne forbedre solceller

Transparente elektroder er en kritisk komponent i solceller og elektroniske displays. For at indsamle elektricitet i en solcelle eller tilføre elektricitet til en skærm, du har brug for en ledende kontakt, som et metal, men du skal også kunne lukke lys ind (til solceller) eller ud (til skærme).

Metal er uigennemsigtigt, så de nuværende teknikker bruger metaloxider, oftest indiumtinoxid - et næsten kritisk sjældent jordmetal - som den ledende kontakt. Fordi forsyningerne af dette sjældne jordmetal er begrænsede, Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskere har henvendt sig til bestilte metal nanotrådsnet, der giver høj transmissivitet (på grund af nanotrådenes små diametre), høj elektrisk forbindelse (på grund af de mange kontaktpunkter i nettet) og bruge mere almindelige elementer. Forskningen vises i tidsskriftet Blødt stof .

Nanowire-arrays har også applikationer til optiske metamaterialer - kompositmaterialer, der normalt er lavet af metaller og dielektriske stoffer - som har unikke optiske egenskaber, der ikke findes i naturen. For eksempel, alle naturligt forekommende materialer har et positivt brydningsindeks. Men metamaterialer kan designes til at have et negativt brydningsindeks, hvilket betyder, at lys, der passerer gennem dette materiale, ville gå i den modsatte retning af, hvad man normalt ville se, og kan skabe strukturer som tilsløringsanordninger og perfekte linser.

Fordi strukturen af ​​optiske metamaterialer skal være mindre end den bølgelængde, de fungerer ved, fremstilling af optiske metamaterialer, der opererer ved synlige bølgelængder, kræver funktioner i størrelsesordenen 100 nanometer eller mindre.

"Vi har demonstreret en skalerbar metode til at skabe metalliske nanotråd-arrays og masker over kvadratcentimeter-arealer med afstembare dimensioner og geometrier under 100 nanometer, " sagde LLNL-materialeforsker Anna Hiszpanski, hovedefterforsker af projektet. "Vi var i stand til at opnå sammenlignelige eller mindre dimensioner end hvad de traditionelle nanofab-teknikker kan producere og gøre det over et betydeligt større område, der er relevant for applikationer i den virkelige verden."

Til transparente elektrodeapplikationer, Det er vigtigt at have så små metal-nanowire-masker, fordi deres lille nanometer-diameter gør det muligt for mere lys at passere igennem, mens den ordnede natur af arrays/masker øger antallet af elektriske kontakter mellem nanotråde, stigende ledningsevne.

"At bestille nanotråde for at øge antallet af elektriske sammenkoblinger mellem ledninger er yderst ønskeligt, men vanskeligt at gøre, " sagde Hiszpanski. "Bygger på den selvsamlende adfærd af blokcopolymerer, som andre grupper har demonstreret, vi har mødt denne udfordring og skabt bestilte metal nanotrådsnet. Den meget enkle bottom-up tilgang, vi brugte til at fremstille disse bestilte nanotrådsmasker, er i sagens natur skalerbar til enhedsrelevante områder."

Et almindeligt prøvestørrelsesområde ved brug af disse traditionelle nanofremstillingsteknikker til metamaterialer er 100 mikron (kvadrat), men holdet var i stand til at skabe nanomønstre med mere end centimeter (kvadratiske) områder - områder mere end seks størrelsesordener større.

"For at begynde at bruge disse metamaterialer ud over laboratoriet og i applikationer, fremstilling over større områder er en nødvendighed, " sagde LLNL-materialeforsker Yong Han, medforfatter til avisen.

Det næste trin er at øge ledningsevnen af ​​metal nanotrådsnettet.