紐約康奈爾大學的研究人員發(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。

材料科學與工程學院系教授烏利維斯納多年來一直致力于使用高分子化學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。”

當導電材料是單晶體時， 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)技術能夠產(chǎn)生多晶體材料和晶界，從而減緩電荷的運動速度。

因此，研究人員發(fā)明了Graetzel太陽能電池，它采用自組裝技術將一種有機染料夾在兩個導體之間。通過將導體以復雜的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)生單晶薄膜的半導體材料用于制造高效的太陽能電池。

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