Nieuwe ultraschone nanodraden geproduceerd in het Nano-Science Center, De Universiteit van Kopenhagen zal een centrale rol spelen bij de ontwikkeling van nieuwe hoogrenderende zonnecellen en elektronica op nanometerschaal. Promovendus Peter Krogstrup, Niels Bohr Instituut, in samenwerking met een aantal bekende onderzoekers en het bedrijf SunFlake A/S, zit achter de doorbraak. De nieuwe bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift NanoLetters .

Nanodraden zijn eendimensionale structuren met unieke elektrische en optische eigenschappen – een soort bouwstenen, die onderzoekers gebruiken om apparaten op nanoschaal te maken.

In recente jaren, er is veel onderzoek gedaan naar hoe nanodraden kunnen worden gebruikt als bouwstenen bij de ontwikkeling van zonnecellen. Een van de uitdagingen is het beheersen van de productie van nanodraden. De nieuwe ultraschone nanodraden maken deel uit van de oplossing. Ze worden gekweekt zonder het gebruik van een metaalkatalyse zoals goud, die de neiging heeft om de anders perfecte elektronenstructuur die de nanodraden bezitten te vernietigen, waardoor ze minder bruikbaar zijn.

"De ultraschone draden worden gekweekt op een siliciumsubstraat met een extreem dun laagje natuurlijk oxide. Het element Gallium, dat deel uitmaakt van het nanodraadmateriaal, reageert met het oxide en maakt kleine gaatjes in de oxidelaag, en hier verzamelt het gallium zich in kleine druppeltjes van enkele nanometers dik. Deze druppeltjes vangen het element Arseen op - het andere materiaal in de nanodraad en door een zelfkatalytisch effect begint de groei van de nanodraden zonder interferentie van andere stoffen", legt Peter Krogstrup uit. De doorbraak is het resultaat van een jaar werk in het kader van zijn doctoraat.

Controle over de teelt van nanodraden

Talloze experimenten met verschillende groeiomstandigheden hebben de onderzoekers wijzer gemaakt over de fysica achter de vorming van de nanodraden. Een nanodraad bestaat normaal gesproken uit zowel hexagonale als kubische kristalsegmenten, maar de nieuwe nanodraden bestaan ​​alleen uit een perfecte kubische kristalstructuur. Dit betekent dat het pad van de elektronen door de draad niet wordt beïnvloed en dus minder energieverlies heeft wat leidt tot een hoger rendement.

"Dit betere begrip van het groeiproces geeft ons controle over de teelt van nanodraden en de schone draden zijn het startpunt voor mijn huidige werk om een ​​hoogrenderende zonnecel te ontwikkelen op basis van nanodraden. Met deze resultaten zijn we een goede stap dichter bij dit doel ", legt Peter Krogstrup uit, erop wijzend dat zijn nanodraden op een siliciumsubstraat worden gekweekt.

"Het substraat is goedkoper dan de alternatieve substraten die veel andere onderzoekers gebruiken. Het is belangrijk omdat het uiteindelijk gaat om zo veel mogelijk energie krijgen voor zo min mogelijk kosten", legt Peter Krogstrup uit, wiens onderzoek wordt uitgevoerd in samenwerking met het bedrijf SunFlake A/S, die is gevestigd in het Nano-Science Center van de Universiteit van Kopenhagen. Het bedrijf werkt aan de ontwikkeling van de zonnecellen van de toekomst op basis van de nanostructuren van Gallium en Arseen.

"We zijn erg blij dat Peter al zo vroeg in het onderzoeksproject zulke goede resultaten heeft behaald", zegt de CEO van SunFlake A/S Morten Schaldemose.