Nya Nanotekniklaboratoriet Teknik öppnar dörren för framtida generationer av solceller

Published on November 15, 2010 at 6:15 PM

Forskare vid US Department of Energy har Argonne National Laboratory har börjat använda molekylära "schabloner" för att bana väg för nya material som skulle kunna finna sin väg in i framtida generationer av solceller, katalysatorer och fotoniska kristaller.

Forskare vid Argonne Centrum för Nanoscale Material och Systems division Energy har utvecklat en teknik som kallas sekventiell infiltration syntes (SIS), som bygger på skapandet av egna sammansatta nanoskala kemiska domäner till vilka andra material som kan odlas. I denna teknik, som kallas en film som består av stora molekyler block sampolymerer fungerar som en mall för skapandet av en mönstrad högt avstämbara material.

Denna film av block sampolymerer visar materialets karakteristiska tendensen att dela upp i olika regioner.

Denna nya metod innebär en utvidgning av Atomic Layer Deposition (ALD), en populär teknik för materialsyntes som rutinmässigt används av Argonne forskare. Istället för att bara skiktning tvådimensionella filmer av olika nanomaterial ovanpå varandra, men gör SIS forskare att konstruera material som har mycket mer komplexa geometrier.

"Denna nya teknik gör att vi kan skapa material som just inte var möjligt med ALD eller blockera sampolymerer ensam", säger Seth Darling, en Argonne nanoscientist som hjälpte till att utveckla SIS i samarbete med Argonne kemist Jeff Elam. "Att ha förmågan att kontrollera geometri av materialet vi gör liksom dess kemiska sammansättning öppnar dörren till ett helt universum av nya material."

Enligt Darling, bygger framgång för teknik på den unika kemi block sampolymerer. Varje segmentsampolymer är sammansatt av två kemiskt olika subenheter, till exempel kan en subenhet har en affinitet för vatten medan den andra kan stöta bort vatten. I ett sådant fall, skulle vilja söka sig ut, att skapa en heterogen matris av varvat homogena regioner.

"Du kan tänka på en segmentsampolymer som som ett par av molekylära siamesiska tvillingar där man gillar att prata och tycker om att läsa tyst," Darling sa. "Om du lägger en massa av dessa tvillingar tillsammans i ett rum, är pratsam de kommer att försöka vara nära pratsam ettor och läsarna kommer att försöka vara nära läsarna, men de kan inte helt enkelt alla separata sig endera sidan av rummet, och det är denna åtgärd som ger oss geometrier vi letar efter. "

Beroende på den initiala substratet, sampolymerer block och behandling att material forskarna använder, kan regioner form som har många olika former, från sfäriska och cylindriska till plana. Det finns många typer av block sampolymerer, i allmänhet de inte kan tjäna en så bred samling av ändamål som oorganiska material. Utmaningen, enligt Darling, är att föra självorganisering av block sampolymerer tillsammans med funktionalitet av oorganiska material.

De fysiska och kemiska egenskaper hos ett material som genererats med SIS beror på hur segmentsampolymer kemi och morfologi interagera med kemi ALD tekniker. "Vi kan skräddarsy våra materialsyntes ansträngningar på en mycket mer exakt sätt än vi någonsin kunde," Darling sa.

Darling och Elam har tillbringat större delen av sin karriär vid Argonne fokuserar på utveckling av nya typer av material, inklusive utveckling av solceller som kombinerar organiska och oorganiska komponenter. De tror att de typer av material som SIS kan generera kommer att driva grundläggande solenergiteknik till större effektivitet och lägre kostnader.

"Vår solenergi framtiden inte har en one-size-fits-all lösning", Elam sagt. "Vi måste undersöka problemet från många olika vinklar med många olika material, och SIS kommer att ge forskare som oss många nya vägar för attack."

Last Update: 10. October 2011 10:35

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit