Großes Potenzial mit neuen ultrareinen Nanodrähten

Großes Potenzial mit neuen ultrareinen Nanodrähten
Anonim

von der Universität Kopenhagen

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Neue ultrareine Nanodrähte, die am Nano-Science Center der Universität Kopenhagen hergestellt werden, werden eine zentrale Rolle bei der Entwicklung neuer hocheffizienter Solarzellen und Elektronik im Nanometerbereich spielen. Hinter dem Durchbruch steht der Doktorand Peter Krogstrup vom Niels-Bohr-Institut in Zusammenarbeit mit namhaften Forschern und der Firma SunFlake A / S. Die neuen Erkenntnisse wurden kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift NanoLetters veröffentlicht .

Nanodrähte sind eindimensionale Strukturen mit einzigartigen elektrischen und optischen Eigenschaften - eine Art Baustein, mit dem Forscher nanoskalige Bauelemente herstellen.

In den letzten Jahren wurde intensiv erforscht, wie Nanodrähte als Bausteine ​​für die Entwicklung von Solarzellen eingesetzt werden können. Eine der Herausforderungen ist die Kontrolle der Produktion von Nanodrähten. Die neuen ultrareinen Nanodrähte sind Teil der Lösung. Sie werden ohne die Verwendung einer Metallkatalyse wie Gold gezüchtet, die dazu neigt, die ansonsten perfekte Elektronenstruktur der Nanodrähte zu zerstören, wodurch sie weniger nützlich sind.

"Die ultrareinen Drähte wachsen auf einem Siliziumsubstrat mit einer extrem dünnen Schicht natürlichen Oxids. Das Element Gallium, das Teil des Nanodrahtmaterials ist, reagiert mit dem Oxid und bildet kleine Löcher in der Oxidschicht, und hier das Gallium sammelt sich in kleinen Tröpfchen von wenigen Nanometern Dicke. Diese Tröpfchen fangen das Element Arsen - das andere Material im Nanodraht - ein und starten durch einen selbstkatalytischen Effekt das Wachstum der Nanodrähte ohne Störung durch andere Substanzen ", erklärt Peter Krogstrup. Der Durchbruch ist das Ergebnis einer einjährigen Arbeit im Zusammenhang mit seiner Promotion.

Kontrolle über den Anbau von Nanodrähten

Zahlreiche Experimente mit unterschiedlichen Wachstumsbedingungen haben die Forscher auf die Physik hinter der Bildung der Nanodrähte aufmerksam gemacht. Ein Nanodraht besteht normalerweise aus hexagonalen und kubischen Kristallsegmenten, aber die neuen Nanodrähte bestehen nur aus einer perfekten kubischen Kristallstruktur. Dies bedeutet, dass der Weg der Elektronen durch den Draht nicht beeinflusst wird und somit weniger Energieverlust erleidet, was zu einem höheren Wirkungsgrad führt.

"Dieses bessere Verständnis des Wachstumsprozesses gibt uns die Kontrolle über den Anbau von Nanodrähten und die sauberen Drähte sind der Ausgangspunkt für meine derzeitige Arbeit an der Entwicklung einer hocheffizienten Solarzelle auf der Basis von Nanodrähten. Mit diesen Ergebnissen sind wir diesem Ziel einen guten Schritt näher gekommen ", erklärt Peter Krogstrup und weist darauf hin, dass seine Nanodrähte auf einem Siliziumsubstrat wachsen.

"Das Substrat ist billiger als die alternativen Substrate, die viele andere Forscher verwenden. Es ist wichtig, weil es letztendlich darum geht, so viel Energie wie möglich zu möglichst geringen Kosten zu gewinnen", erklärt Peter Krogstrup, dessen Forschung in Zusammenarbeit mit dem Unternehmen durchgeführt wird SunFlake A / S befindet sich im Nano-Science Center der Universität Kopenhagen. Das Unternehmen arbeitet daran, die Solarzellen der Zukunft auf Basis der Nanostrukturen von Gallium und Arsen zu entwickeln.

"Wir freuen uns sehr, dass Peter so früh im Forschungsprojekt so gute Ergebnisse erzielt hat", sagt der CEO von SunFlake A / S Morten Schaldemose.