2010年10月12日
康奈尔大学的研究人员已经开发出一种新方法来创建一个有图案的单晶薄膜半导体材料,可能会导致更有效的光伏电池和电池。
的“圣杯”这样的应用程序被创建在硅衬底,或基质,电影3 d结构在纳米尺度上,与电影的晶格排列在同一方向(外延)作为底物。这样做是乌威斯纳的经过多年的研究,材料科学与工程教授使用高分子化学创造纳米自组装结构。亚博网站下载亚博老虎机网登录
非晶硅,沉积在多孔模板填充空的空间。激光加热融化存款和顶部几微米的硅衬底。
他和他的同事们报告的突破10月8日出版的《科学》杂志上。亚博老虎机网登录他们用新方法来创建一个电影提高了纹理,由小柱子几个纳米。“就能够做一个单晶纳米结构有很多承诺,”维斯纳说。“我们将有能力的有机高分子材料在纳米自组装成各种结构模板化到水晶材料。”亚博网站下载(A nanometer -- nm -- is a billionth of a meter, about three atoms wide.)
威斯纳的研究小组之前利用自组装技术来创建Graetzel太阳能电池,使用有机染料夹在两导线之间。安排导体在一个复杂的三维模式创造了更多的表面积来收集光线并允许更有效的电荷传输,维斯纳说。
性能提高了大多数导电材料是单晶,维斯纳说。亚博网站下载创建这样的电影大多数技术产生多晶材料——“谷物”或小晶体的集合随机被捆绑在一起,晶界阻碍电荷的运动,他解释说。
威斯纳的方法使用将嵌段共聚物加多孔模板,创建新材料能流和结晶。聚合物由有机分子链接到长链形成固体。丙烯是由块的末端连接两个不同的分子。链在一起时,与金属氧化物混合,形成纳米级的模式重复的几何形状,而另一个填补之间的空间。燃烧了聚合物留下多孔金属氧化物纳米结构,可以作为一个模板。
威斯纳的团队创建了一个模板与六角孔硅单晶衬底和沉积非晶硅的影片或镍硅化物。与迈克汤普森合作,材料科学和工程学副教授,然后加热硅表面用短(纳秒)激光脉冲。亚博网站下载亚博老虎机网登录这融化新沉积的层和前几微米的计)的硅衬底。后只有少数几十纳秒单晶硅衬底的硅熔融再结晶作为晶种触发结晶沉积在材料上面,导致晶体外延生长的种子。
模板会消失,留下一个六角形柱约30 nm的数组。团队使多孔纳米薄膜与其他复杂形状厚达100海里。在早期创建工作威斯纳格的汽缸、飞机、领域和复杂的“gyroids”不同的共聚物的微观结构。
其他材料可以亚博网站下载沉积,研究人员说。他们说,这里的目标是展示电影的形成与相同的材料衬底(正式称为均相外延)和不同的材料(异质外延)。
在进一步概念验证实验中,研究人员表明,结构化的薄膜可以在微米尺寸安排模式,可能需要在设计电子电路,通过铺设一个面具应用激光加热前的表面。
“我们已经基本上得到了圣杯,”维斯纳说。“这不仅是一种纳米单晶,但它有一个衬底外延关系。没有更好的控制。”
这项研究是由美国国家科学基金会支持,国土安全部和康奈尔大学的能源材料中心,由美国能源部亚博老虎机网登录资助的。亚博网站下载
来源:http://www.cornell.edu/