康奈尔大学研究人员的新进展可能导致高效太阳能电池

康奈尔大学的研究人员已经开发出一种新的方法来制造一种由半导体材料制成的带图案的单晶薄膜，这种薄膜可以制造出更高效的光伏电池和电池。

这类应用的“圣杯”是在硅基或衬底上创造出具有纳米级三维结构的薄膜，薄膜的晶格与衬底的晶格方向一致(外延)。这是材料科学与工程教授乌利·威斯纳(Uli Wiesner)多年研究的成果，该研究利用聚合物化学来创造纳米级的自组装结构。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球

他和他的同事在10月8日的《科学》杂志上报道了这一突破。欧洲杯线上买球他们用这种新方法制作了一种有凸起纹理的薄膜，由直径只有几纳米的小柱子组成。“单是制造单晶纳米结构的能力就有很大的前景，”威斯纳说。“我们将其与有机高分子材料在纳米尺度上的自组装能力结合起来，形成各种结构，可以模板化成晶体材料。”欧洲杯足球竞彩(一纳米是十亿分之一米，大约三个原子宽。)

威斯纳的研究小组此前使用自组装技术制造了Gräetzel太阳能电池，这种电池使用了一种有机染料，夹在两个导体之间。Wiesner说，将导体排列成复杂的三维图形，可以创造更多的表面积来收集光，并允许更有效的电荷传输。

威斯纳说，当导电材料是单晶时，性能提高最多。欧洲杯足球竞彩他解释说，大多数制造这种薄膜的技术都会产生多晶材料——一组随机聚集在一起的“颗粒”或小晶体——而晶粒边界会阻碍电荷的移动。

Wiesner的方法使用嵌段共聚物来创建多孔模板，新材料可以在其中流动和结晶。聚合物由有机分子组成，它们连接成长链形成固体。嵌段共聚物是通过在两端连接两个不同的分子而制成的。当它们连接在一起并与金属氧化物混合时，一个会形成重复几何形状的纳米级图案，而另一个则会填充中间的空间。燃烧聚合物会留下多孔金属氧化物纳米结构，可以作为模板。

威斯纳的团队在硅单晶衬底上制作了一个具有六角孔的模板，并在其上沉积了非晶硅或硅化镍薄膜。他们与材料科学与工程副教授迈克·汤普森（Mike Thompson）合作，然后用极短（纳秒）激光脉冲加热硅表面。这将熔化新沉积的层和硅衬底顶部的几个微米（百万分之一米）。在仅仅几十纳秒之后，熔融硅与作为种子晶体的单晶硅衬底重新结晶，以触发其上方沉积材料中的结晶，从而使该晶体与种子沿外延排列。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球

模板溶解掉，留下约30 nm宽的六边形柱阵列。该团队已经制作出了厚度达100纳米的多孔纳米结构薄膜以及其他复杂形状的薄膜。在之前的工作中，威斯纳通过改变共聚合物的组成，创造了圆柱体、平面、球体和复杂的“回旋体”晶格。

研究人员说，欧洲杯足球竞彩还可以沉积其他材料。他们说，这里的目标是证明用与衬底相同的材料（官方称为同质外延）和不同的材料（异质外延）形成薄膜。

在进一步的概念验证实验中，研究人员通过在激光加热前在薄膜表面铺上一层掩膜，证明了这种结构薄膜可以排列成微米级的图案，这在设计电子电路中可能是必要的。

“我们基本上已经到达了圣杯，”威斯纳说。它不仅是纳米结构的单晶，而且与衬底有外延关系。没有更好的控制

这项研究得到了美国国家科学基金会、国土安全部和康奈尔能源材料中心的支持，该能源中心由美欧洲杯线上买球国能源部资助。欧洲杯足球竞彩

来源:http://www.cornell.edu/