Onderzoekers van de Universiteit van Texas in Dallas ontwikkelen nanotechnologie die zou kunnen leiden tot een nieuw platform voor zonnecellen, een die de ontwikkeling van lichtere, flexibele en veelzijdigere technologie op zonne-energie dan momenteel beschikbaar is.

De National Science Foundation heeft onlangs een $ 390 toegekend, 000 toelage aan Dr. Anton Malko en Dr. Yuri Gartstein, zowel in het departement Natuurkunde, en Dr. Yves Chabal van de afdeling Materials Science and Engineering om hun onderzoek naar de haalbaarheid van fotovoltaïsche apparaten met ultradunne film verder te onderzoeken, die licht van de zon omzetten in elektrische energie.

"Traditionele siliciumzonnecellen die in de handel verkrijgbaar zijn, zijn gemaakt van silicium dat een paar honderd micron dik is, "Zei Malko. "Ons doel is om dat honderd keer te verminderen, tot ongeveer een micron dik, met behoud van efficiëntie."

een micron, of micrometer, is een meeteenheid, gelijk aan een miljoenste van een meter. Ter vergelijking, de diameter van een mensenhaar is ongeveer 100 micron, en een Amerikaanse dubbeltje is ongeveer 1, 250 micron dik.

Hoewel de schaal van de onderzoeksobjecten klein is, hun impact kan aanzienlijk zijn.

"Zonnecellen die 100 micron dik zijn, zijn stijf en kwetsbaar, " zei Malko. "Bij de dikte die we aan het onderzoeken zijn, apparaten zouden niet alleen lichter zijn, maar ze worden ook flexibel. Er is een grote markt en toepassingsniche voor flexibele zonnecellen, zoals op kleding of rugzakken voor wandelaars, of in situaties waar je draagbare bronnen nodig hebt om elektronica van stroom te voorzien."

De UT Dallas-benadering voor het bouwen van zonnecellen omvat het gebruik van kristaldeeltjes van nanogrootte, kwantumdots genaamd, die licht veel beter absorberen dan silicium. De energie die ze absorberen, wordt vervolgens overgebracht naar silicium en omgezet in een elektrisch signaal.

De onderzoekers bouwen hun experimentele fotovoltaïsche structuren laag voor laag op, beginnend met een ultradun laagje silicium, een zogenaamd nanomembraan van ongeveer een tiende micron dik. Daarbovenop, met behulp van speciale moleculaire "linkers, " lagen nauwkeurig gepositioneerde kwantumdots worden toegevoegd.

"Dit is nog geen technisch project, het is een onderzoeksproject, " zei Gartstein. "We denken dat we interessante wetenschappelijke vragen stellen en concepten onderzoeken die uiteindelijk tot apparaten kunnen leiden."

De eerste bevindingen van het onderzoek zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano .

"Het belangrijkste punt van ons onderzoek is het karakteriseren van de manier waarop energie wordt overgedragen van de kwantumstippen door de lagen naar het silicium, en om te bepalen hoe we die eigenschappen kunnen benutten en de rangschikking van de kwantumstippen kunnen optimaliseren, de dikte van de lagen en andere aspecten van de structuur, ' zei Malko.

Het interdisciplinaire onderzoek omvat niet alleen vaardigheid in experimentele en theoretische natuurkunde, die Malko en Gartstein bieden. Expertise op het gebied van materiaalwetenschap en nanotechnologie is ook cruciaal. Een belangrijk lid van het team is Dr. Oliver Seitz, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Chabal, die het delicate en nauwkeurig gecontroleerde proces van het daadwerkelijk bouwen van de teststructuren uitvoerde.

"Dit project, bedacht en geïnitieerd door Anton Malko, was spannend in alle stadia van onderzoek, " zei Chabal, houder van de Texas Instruments Distinguished University Chair in Nanoelectronics. "Het heeft mijn groep betrokken bij een opwindende toepassing die vertrouwt op de chemische controle van oppervlakken die we hebben ontwikkeld."

Gartstein voegde toe:"Dit is een van die gevallen waarin het woord 'synergie' echt van toepassing is. Als theoreticus, Ik kan wat ideeën bedenken en berekeningen maken, maar ik kan deze dingen niet bouwen. In de materiaalkunde, Dr. Seitz implementeert onze gezamenlijke ideeën om de fysieke monsters te maken. Dan in het laboratorium van Dr. Malko, ultrasnelle laserspectroscopie wordt gebruikt om de relevante processen en eigenschappen fysiek te meten. Hué Minh Nguyen, een afgestudeerde natuurkundestudent, enorm bijgedragen aan deze inspanning.

"Het was een groot genoegen om samen te werken in deze sfeer van een echte samenwerking, " hij zei.