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Technique Nanofabrication New ouvre la porte aux futures générations de cellules solaires

Published on November 15, 2010 at 6:15 PM

Les scientifiques de l' Département américain de l'Energy Laboratory de l'Argonne National ont commencé à utiliser moléculaire "pochoirs" pour ouvrir la voie à de nouveaux matériaux qui pourraient trouver leur place dans les futures générations de cellules solaires, des catalyseurs et des cristaux photoniques.

Des chercheurs de l'Argonne Centre pour les nanomatériaux et l'énergie Division Systèmes ont développé une technique connue sous le nom de synthèse infiltration séquentielle (SIS), qui repose sur la création d'auto-assemblés domaines chimiques nanométriques dans laquelle d'autres matériaux peuvent être cultivées. Dans cette technique, un film composé de grosses molécules appelées copolymères à blocs agit comme un modèle pour la création d'un matériau hautement accordables à motifs.

Ce film de copolymères à blocs montre tendance caractéristique du matériau à se séparer en régions distinctes.

Cette nouvelle méthode représente une extension du dépôt de couches atomiques (ALD), une technique populaire pour la synthèse de matériaux qui sont couramment utilisés par les scientifiques Argonne. Au lieu de simplement en couches en deux dimensions des films de différents nanomatériaux sur le dessus de l'autre, cependant, le SIS permet aux scientifiques de construire des matériaux qui ont des géométries plus complexes.

"Cette nouvelle technique nous permet de créer des matériaux qui n'étaient tout simplement pas possible avec des copolymères ALD ou de bloquer seul», a déclaré Seth Darling, une nanoscientist Argonne qui a aidé à développer le SIS, en collaboration avec l'Argonne chimiste Jeff Elam. «Avoir la possibilité de contrôler la géométrie de la matière que nous faisons ainsi que sa composition chimique ouvre la porte à tout un univers de nouveaux matériaux."

Selon Darling, le succès de la technique repose sur la chimie unique de copolymères à blocs. Chaque copolymère bloc est composé de deux sous-unités distinctes chimiquement, par exemple, une sous-unité pourrait avoir une affinité pour l'eau tandis que l'autre pourrait repousser l'eau. Dans un tel cas, comme le ferait chercher, comme, la création d'une matrice hétérogène de entrecoupées des régions homogènes.

«On peut penser d'un copolymère bloc que comme une paire de jumeaux siamois moléculaire où l'on aime à parler et on aime à lire tranquillement," Darling dit. "Si vous mettez un tas de ces jumeaux ensemble dans une pièce, les bavards vont essayer d'être près de les bavards et les lecteurs vont essayer d'être près de ses lecteurs, mais ils ne peuvent tout simplement tous séparés eux-mêmes pour de chaque côté de la salle, et c'est cette action qui nous donne les géométries que nous recherchons. "

Selon le substrat initial, les copolymères à blocs, et le traitement que les scientifiques utilisent des matériaux, les régions peuvent se former qui ont de nombreuses formes différentes, de sphérique à cylindrique pour planaire. Bien qu'il existe de nombreux types de copolymères à blocs, en général, ils ne peuvent pas servir aussi large une gamme de fins que des matières inorganiques. Le défi, selon Darling, est d'amener l'auto-assemblage de copolymères à blocs avec la fonctionnalité des matériaux inorganiques.

Les propriétés physiques et chimiques d'un matériau généré à l'aide du SIS dépendra de la façon la chimie et la morphologie copolymère bloc interagir avec la chimie des techniques ALD. «Nous pouvons adapter nos efforts matériaux de synthèse d'une façon beaucoup plus précise que nous n'avons jamais pu le faire auparavant," Darling dit.

Darling et Elam ont passé la majeure partie de leur carrière à l'Argonne axée sur le développement de nouveaux types de matériaux, y compris le développement de cellules solaires qui combinent des composants organiques et inorganiques. Ils croient que les types de matériaux que le SIS peut générer conduira fondamentale technologies d'énergie solaire à une plus grande efficacité et un moindre coût.

«Notre avenir de l'énergie solaire n'est pas un one-size-fits-all solution", a déclaré Elam. "Nous avons besoin d'étudier le problème sous de nombreux angles différents avec de nombreux matériaux différents, et SIS permettra aux chercheurs comme nous de nombreuses nouvelles voies d'attaque."

Last Update: 21. November 2011 02:14

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