(Phys.org) -Yale University-onderzoekers hebben een eenvoudige methode ontwikkeld om de "doping" van koolstofnanobuisjes (CNT's) te controleren, een chemisch proces dat de eigenschappen van de buizen optimaliseert. Gemeld op 29 april in Nano-letters , de methode zou de bruikbaarheid van gedoteerde CNT's in een aantal nanotechnologieën en flexibele elektronica kunnen verbeteren, inclusief CNT-silicium hybride zonne-energiecellen.

Onder leiding van André Taylor van de Yale School of Engineering &Applied Science en Nilay Hazari van de scheikundeafdeling van Yale, de onderzoekers ontwikkelden een methode die organische verbindingen met een metalen kern - bekend als metallocenen - gebruikt om twee mogelijke soorten gedoteerde CNT's te produceren.

Een kleine hoeveelheid metallocenen in oplossing wordt afgezet op de CNT's, die vervolgens met hoge snelheid worden rondgedraaid. Dit eenvoudige "spincoating"-proces verspreidt de oplossing gelijkmatig over het oppervlak van de CNT's, resulterend in hoge dopingniveaus die het elektrisch nut kunnen verbeteren.

Met behulp van de methode, vonden de onderzoekers dat doping met elektron-deficiënte metallocenen, zoals die met een kobaltkern, resulteert in CNT's met meer positief geladen elektronen "gaten" dan beschikbare negatief geladen elektronen om die gaten te vullen; deze CNT's staan ​​bekend als "p-type" vanwege hun positieve lading. Anderzijds, doping met elektronenrijke metallocenen, zoals die met een vanadiumkern, resulteert in negatief geladen "n-type" CNT's, die meer elektronen dan gaten hebben.

Volgens de ploeg waaronder ook promovendi Xiaokai Li (hoofdauteur) en Louise Guard, metallocenen zijn de eerste generieke familie van moleculen waarvan is aangetoond dat ze zowel p-type als n-type doping produceren.

"We toonden aan dat door het coördinaatmetaal van een metalloceen te veranderen, we kunnen deze koolstofnanobuisjes naar believen p-type of n-type maken, en we kunnen zelfs heen en weer gaan tussen de twee, " zei Taylor, die universitair hoofddocent chemische en milieutechniek is. Hazari is universitair docent scheikunde.

De bevinding is belangrijk, Taylor zei, want hoewel p-type doping gebruikelijk is en zelfs van nature voorkomt wanneer CNT's interageren met lucht, eerdere n-type dopingmethoden produceerden lage dopingniveaus die niet effectief in apparaten konden worden gebruikt. De methode van het Yale-team leverde een n-type CNT-siliciumcel op die meer dan 450 keer efficiënter is dan de beste zonnecellen van dit type.

"Als je een hoge dopingverhouding hebt, dan heb je een beter elektronentransport, betere mobiliteit, en uiteindelijk een beter functionerend apparaat, "zei Taylor. "Als zodanig, deze bevindingen brengen ons een stap verder in de richting van ons doel om de efficiëntie van hybride zonnecellen te verbeteren."