紐約康奈爾大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種創(chuàng)造單晶薄膜的新方法，這種方法可能生產(chǎn)出更高效的光伏電池和蓄電池。

材料科學(xué)與工程學(xué)院系教授烏利維斯納多年來一直致力于使用高分子化學(xué)制造納米級自組裝結(jié)構(gòu)。他和他的同事們已經(jīng)根據(jù)他的研究開發(fā)出一種新方法，創(chuàng)造一種質(zhì)地提升的薄膜，由高度只有幾納米的微小支柱支撐。

“光是制造出單晶納米結(jié)構(gòu)的方法，就具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ?rdquo;維斯納先生解釋說。 “我們將這種能力，與有機(jī)高分子材料納米自組裝成晶體材料模板的能力結(jié)合在了一起。”

當(dāng)導(dǎo)電材料是單晶體時， 太陽能電池的效率提高得最多。創(chuàng)造這種薄膜的大多數(shù)技術(shù)能夠產(chǎn)生多晶體材料和晶界，從而減緩電荷的運(yùn)動速度。

因此，研究人員發(fā)明了Graetzel太陽能電池，它采用自組裝技術(shù)將一種有機(jī)染料夾在兩個導(dǎo)體之間。通過將導(dǎo)體以復(fù)雜的3維模式排布，研究小組能夠在電池上創(chuàng)造出更多的表面積，來收集光線并實(shí)現(xiàn)更有效的電荷傳輸。

他們還利用嵌段聚合物，使多孔模板變成一種可以流動和結(jié)晶的新材料。要制成嵌段聚合物，需要將兩個不同的分子兩端連在一起，當(dāng)它們鏈接在一起并與金屬氧化物混合后，就會形成一個由納米級規(guī)整的幾何形狀組成圖案陣列。

研究人員在一張硅單晶基板上做了一個有六角形小孔的模板，使薄層的非晶硅或鎳矽化物在模板上沉積下來。然后，他們用很短的激光脈沖加熱硅表面，熔化基板的表層。

熔化的硅然后在在單晶硅基板內(nèi)重新結(jié)晶，會發(fā)揮晶種的作用，將引發(fā)其上的沉積材料結(jié)晶，使晶體以晶種為基礎(chǔ)延展開去。模板結(jié)構(gòu)被打散，留下約30納米高的六角支柱陣列。

研究的目的是證明用與基板相同的材料和一種不同的材料形成薄膜。這可能產(chǎn)生單晶薄膜的半導(dǎo)體材料用于制造高效的太陽能電池。

美國國家科學(xué)基金會、美國國土安全部和由美國能源部資助的康奈爾大學(xué)能源材料中心對這個研究項目提供了支持。