Een van de redenen waarom zonnecellen niet op grotere schaal worden gebruikt, zijn de kosten:de materialen die worden gebruikt om ze het meest efficiënt te maken, zijn duur. Ingenieurs onderzoeken manieren om zonnecellen te printen met inkt, maar de apparaten werken niet zo goed.

Elia Thimsen, doctoraat, assistent-professor energie, milieu- en chemische technologie aan de School of Engineering &Applied Science aan de Washington University in St. Louis, en een team van ingenieurs aan de Universiteit van Minnesota hebben een techniek ontwikkeld om de prestaties en elektrische geleidbaarheid van dunne films waaruit deze materialen bestaan ​​te verbeteren met behulp van nanotechnologie. Hun werk werd gepubliceerd in de december 19, 2014, probleem van Natuur Communicatie.

Transparante geleiders zijn dunne films, dat zijn gewoon ultradunne lagen van materialen die op een oppervlak zijn afgezet en die licht doorlaten en elektriciteit geleiden, een proces waarbij elektronen door een systeem stromen. Thimsen en zijn team ontdekten door de structuur van een dunne film gemaakt van zinkoxide-nanodeeltjes te veranderen, elektronen stroomden niet meer op een conventionele manier door het systeem, maar van plaats naar plaats gesprongen door een proces dat tunneling wordt genoemd.

Het team heeft de elektronische eigenschappen gemeten van een dunne film gemaakt van zinkoxide nanodeeltjes voor en na het coaten van het oppervlak met aluminiumoxide. Zowel de zinkoxide nanodeeltjes als aluminiumoxide zijn elektronische isolatoren, dus er stroomt maar een kleine hoeveelheid elektriciteit doorheen. Echter, toen deze isolatoren werden gecombineerd, kwamen de onderzoekers tot een verrassend resultaat.

"De nieuwe composiet werd zeer geleidend, Thimsen zei. „De composiet vertoont een fundamenteel ander gedrag dan de ouderverbindingen. We ontdekten dat door de structuur van het materiaal te beheersen, je kunt het mechanisme regelen waarmee elektronen worden getransporteerd."

Omdat de reden hierachter niet goed wordt begrepen, Thimsen en het team zijn van plan te blijven werken aan het begrijpen van de relatie tussen de structuur van de nanodeeltjesfilm en het elektronentransportmechanisme, hij zei.

"Als elektronen tunnelen, ze bewegen niet echt met een klassieke snelheid en gaan van het ene punt naar het andere, Thimsen zei. "Als elektronen tunnelen van het ene punt naar het andere, een hypothese is dat ze geen interactie zullen hebben met sterke magnetische velden. Een van onze langetermijnvisies is om een ​​materiaal te creëren dat een hoge elektrische geleidbaarheid heeft, maar geen interactie heeft met magnetische velden."

In aanvulling, het gedrag van de nieuwe composiet verbeterde ook de prestaties, wat uiteindelijk zou kunnen helpen om de kosten van materialen die in zonnecellen en andere elektronische apparaten worden gebruikt, te verlagen.

"De prestaties zijn best goed, maar niet op het niveau dat nodig is om commercieel levensvatbaar te zijn, maar het is dichtbij, ' zei Thimsen.