Nya ultrarena nanotrådar producerade vid Nano-Science Center, Köpenhamns universitet kommer att ha en central roll i utvecklingen av nya högeffektiva solceller och elektronik i nanometer skala. Doktorand Peter Krogstrup, Niels Bohr Institutet, i samarbete med ett antal välkända forskare och företaget SunFlake A/S, ligger bakom genombrottet. De nya resultaten har nyligen publicerats i den prestigefyllda tidskriften NanoLetters .

Nanotrådar är endimensionella strukturer med unika elektriska och optiska egenskaper-ett slags byggstenar, som forskare använder för att skapa enheter i nanoskala.

På senare år har det har forskats mycket på hur nanotrådar kan användas som byggstenar i utvecklingen av solceller. En av utmaningarna är att kontrollera produktionen av nanotrådar. De nya ultrarena nanotrådarna är en del av lösningen. De odlas utan användning av en metallkatalys som guld, som har en tendens att förstöra den annars perfekta elektronstrukturen som nanotrådarna har, vilket gör dem mindre användbara.

"De ultrarena trådarna odlas på ett kiselsubstrat med ett extremt tunt lager av naturlig oxid. Grundämnet Gallium, som är en del av nanotrådsmaterialet, reagerar med oxiden och gör små hål i oxidskiktet, och här samlas galliumet till små droppar på några nanometers tjocklek. Dessa droppar fångar grundämnet Arsenik – det andra materialet i nanotråden och genom en självkatalytisk effekt startar tillväxten av nanotrådarna utan störningar från andra ämnen", förklarar Peter Krogstrup. Genombrottet är resultatet av ett års arbete i samband med hans doktorsexamen.

Kontroll över odlingen av nanotrådar

Åtskilliga experiment med olika växtförhållanden har gjort forskarna klokare på fysiken bakom bildandet av nanotrådarna. En nanotråd består normalt av både hexagonala och kubiska kristallsegment, men de nya nanotrådarna består bara av en perfekt kubisk kristallstruktur. Detta gör att elektronernas väg genom tråden är opåverkad och därmed lider mindre energiförluster vilket leder till en högre verkningsgrad.

"Denna bättre förståelse av tillväxtprocessen ger oss kontroll över odlingen av nanotrådar och de rena trådarna är utgångspunkten för mitt nuvarande arbete med att utveckla en högeffektiv solcell baserad på nanotrådar. Med dessa resultat är vi ett bra steg närmare detta mål ", förklarar Peter Krogstrup, påpekar att hans nanotrådar odlas på ett kiselsubstrat.

"Substratet är billigare än de alternativa substrat som många andra forskare använder. Det är viktigt eftersom det i slutändan handlar om att få så mycket energi som möjligt för så liten kostnad som möjligt", förklarar Peter Krogstrup, vars forskning bedrivs i samarbete med företaget SunFlake A/S, som ligger vid Nano-Science Center vid Köpenhamns universitet. Företaget arbetar med att utveckla framtidens solceller baserat på nanostrukturerna av Gallium och Arsenik.

"Vi är mycket glada över att Peter har levererat så bra resultat så tidigt i forskningsprojektet", säger VD:n för SunFlake A/S Morten Schaldemose.