ננו-חוטים עבור תאים סולאריים ורכיבי אלקטרוניקה

לננו-חוטים נקיים ביותר, שהוכנו במרכז לננו-מדעים באוניברסיטת קופנהגן, יהיה תפקיד מרכזי בפיתוח של תאים סולאריים יעילים במיוחד ורכיבי אלקטרוניקה במידות ננומטריות. הממצאים החדשים פורסמו בכתב-העת המדעי Nano Letters.
.

ננו חוטים על מצע צורן. צילום: אוניברסיטת קופנהגן

ננו-חוטים הינם מבנים חד-מימדיים בעלי תכונות אלקטרוניות ואופטיות ייחודיות – סוג של אבני בניין, שבהן משתמשים חוקרים להכנת התקנים ננו-מטריים. בשנים האחרונות מתבצע מחקר קדחתני על היכולת להשתמש בננו-חוטים אלו כאבני-בניין בפיתוחם של תאים סולאריים. אחד מהאתגרים הינו היכולת לשלוט בייצור של ננו-חוטים אלו. ננו-החוטים הנקיים ביותר החדשניים מהווים חלק מהפיתרון. המונח "נקי ביותר" משמעו כי המערך האלקטרוני אחיד באופן מושלם לכל אורך ורוחב ננו-החוטים, תכונה חשובה ביותר עבור הכנת ננו-התקנים אלקטרוניים בעלי ביצועים טובים. תוצאה זו מושגת באמצעות "גידול" החוטים ללא השימוש בזרזים מתכתיים, כגון זהב, ובד בבד, תוך כדי קבלת גביש מושלם בעל מבנה יחיד שלא ניתן היה לייצרו עד היום.
"החוטים הנקיים ביותר "מוצמחים" ע"ג מצע צורן בעל שכבה דקיקה ביותר של תחמוצת ניטראלית. היסוד גאליום (Gallium), המהווה חלק מננו-החוט, מגיב עם התחמוצת ויוצר חרירים זעירים בשכבת התחמוצת, שם מצטבר הגאליום לכדי טיפות קטנטנות בעלות עובי של מספר ננומטרים בלבד. טיפות אלו לוכדות את היסוד ארסן (Arsenic) – החומר השני הנמצא בננו-החוט ובאמצעות תגובת קטליזה עצמית יוזם את היצירה של ננו-החוטים ללא ההפרעה או ההשפעה של חומרים אחרים," מסביר החוקר Peter Krogstrup.
ניסויים רבים, שבהם נעשה שימוש בתנאי הכנה שונים, הפכו את החוקרים למשכילים יותר לגביי הפיסיקה שמאחורי יצירת ננו-החוטים. ננו-חוט מכיל, בדר"כ, מקטעי גבישים קובייתיים (cubic) ומשושים (hexagonal) יחדיו, אולם ננו-החוטים החדשים מורכבים מגבישים קובייתיים מושלמים בלבד. משמעות הדבר היא כי מסלול האלקטרונים הנעים דרך החוט אינו מופרע ועל-כן אובדן האנרגיה שלהם נמוך יותר מאשר בחומרים אחרים, מאפיין המוביל, בסופו של דבר, ליעילות מוגברת.
"הבנה טובה יותר זו אודות תהליך ההכנה מספקת לנו שליטה על עיבוד ננו-החוטים, והחוטים הנקיים מאוד מהווים נקודת מוצא עבור המחקר הנוכחי שלי לגביי פיתוח תאים סולאריים יעילים ביותר המבוססים על ננו-חוטים אלו. בעקבות קבלת ממצאים אלו אנחנו נמצאים צעד אחד נוסף קרוב יותר להשגת יעד זה," מסביר Peter Krogstrup.
"המצע, צורן (סיליקון), זול יותר מהמצעים החלופיים שבהם משתמשים חוקרים אחרים. הדבר חשוב, מכיוון שבסופו של דבר, המטרה הסופית הינה השגת כמות אנרגיה רבה ככל האפשר בעלות הנמוכה ביותר," מסביר החוקר.

הידיעה על המחקר