(Phys.org) — Door naar een stuk materiaal in dwarsdoorsnede te kijken, Washington University in St. Louis ingenieur Parag Banerjee, doctoraat, en zijn team ontdekten hoe uit koper grasachtige nanodraden ontstaan ​​die ooit in zonnecellen zouden kunnen worden omgezet.

Banerjee, universitair docent materiaalkunde en expert in het werken met nanomaterialen, Fei Wu, afgestudeerd onderzoeksassistent, en Yoon Myung, doctoraat, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker, heeft ook een stap gezet in de richting van het kosteneffectiever maken van zonnecellen.

Banerjee en zijn team werkten met koperfolie, een eenvoudig materiaal vergelijkbaar met huishoudelijke aluminiumfolie. Wanneer de meeste metalen worden verwarmd, ze vormen een dikke metaaloxidefilm. Echter, een paar metalen, zoals koper, ijzer en zink, grasachtige structuren laten groeien die bekend staan ​​als nanodraden, die lang zijn, cilindrische structuren van een paar honderd nanometer breed en vele micron hoog. Ze wilden bepalen hoe de nanodraden groeien.

"Andere onderzoekers bekijken deze draden van boven naar beneden, " zegt Banerjee. "We wilden iets anders doen, dus we braken ons monster en bekeken het van de zijkant om te zien of we andere informatie kregen, en dat hebben we gedaan."

De resultaten van het onderzoek zijn onlangs gepubliceerd in CrystEngComm . Het International Center for Advanced Renewable Energy &Sustainability (I-CARES) van de Washington University en het McDonnell Academy Global Energy and Environment Partnership (MAGEEP) hebben het onderzoek gefinancierd.

Het team gebruikte Raman-spectroscopie, een techniek die licht van een laserstraal gebruikt om te interageren met moleculaire trillingen of andere bewegingen. Ze vonden een onderliggende dikke film bestaande uit twee verschillende koperoxiden (CuO en Cu2O) met smalle, verticale kolommen van korrels die er doorheen lopen. Tussen deze kolommen ze vonden korrelgrenzen die fungeerden als slagaders waardoor het koper van de onderliggende laag werd geduwd toen warmte werd toegepast, het maken van de nanodraden.

"We spelen nu met dit ionische transportmechanisme, aan- en uitzetten en kijken of we verschillende soorten draden kunnen krijgen, " zegt Banerjee, die het Laboratorium voor Opkomende en Toegepaste Nanomaterialen (L.E.A.N.) leidt.

Zoals zonnecellen, de nanodraden zijn monokristallijn van structuur, of een doorlopend stuk materiaal zonder korrelgrenzen, zegt Banerjee.

"Als we deze zouden kunnen nemen en enkele van de fundamentele optische en elektronische eigenschappen kunnen bestuderen, we zouden mogelijk zonnecellen kunnen maken, "zegt hij. "In termen van optische eigenschappen, koperoxiden zijn goed gepositioneerd om een ​​materiaal voor het oogsten van zonne-energie te worden."

De vondst kan ook ten goede komen aan andere ingenieurs die monokristallijne oxiden willen gebruiken in wetenschappelijk onderzoek. Het vervaardigen van eenkristal Cu2O voor onderzoek is erg duur, Banerjee zegt, kost tot ongeveer $ 1, 500 voor één kristal.

"Maar als je kunt leven met deze vorm, dat is een lange draad in plaats van een klein kristal, je kunt het echt gebruiken om fundamentele wetenschappelijke fenomenen te bestuderen, ' zegt Banerjee.

Het team van Banerjee is ook op zoek naar andere toepassingen voor de nanodraden, inclusief optreden als een halfgeleider tussen twee materialen, als fotokatalysator, een fotovoltaïsche of een elektrode voor het splitsen van water.