En av anledningarna till att solceller inte används mer allmänt är kostnaden - materialen som används för att göra dem mest effektiva är dyra. Ingenjörer undersöker sätt att skriva ut solceller från bläck, men enheterna fungerar inte lika bra.

Elia Thimsen, PhD, biträdande professor i energi, miljö- och kemiteknik vid School of Engineering &Applied Science vid Washington University i St. Louis, och ett team av ingenjörer vid University of Minnesota har utvecklat en teknik för att öka prestandan och den elektriska ledningsförmågan hos tunna filmer som utgör dessa material med hjälp av nanoteknik. Deras arbete publicerades den 19 december, 2014, frågan om Naturkommunikation.

Transparenta ledare är tunna filmer, som helt enkelt är ultratunna lager av material avsatta på en yta som tillåter ljus att passera igenom och leda elektricitet, en process där elektroner strömmar genom ett system. Thimsen och hans team fann genom att ändra strukturen på en tunn film gjord av zinkoxidnanopartiklar, elektroner flödade inte längre genom systemet på ett konventionellt sätt, men hoppade från plats till plats genom en process som kallas tunnling.

Teamet mätte de elektroniska egenskaperna hos en tunn film gjord av zinkoxidnanopartiklar före och efter beläggning av dess yta med aluminiumoxid. Både zinkoxidnanopartiklarna och aluminiumoxiden är elektroniska isolatorer, så bara en liten mängd elektricitet flödar genom dem. Dock, när dessa isolatorer kombinerades, forskarna fick ett överraskande resultat.

"Den nya kompositen blev mycket ledande, ", sade Thimsen. "Kompositen uppvisar fundamentalt annorlunda beteende än moderföreningarna. Vi fann att genom att kontrollera materialets struktur, du kan kontrollera mekanismen genom vilken elektroner transporteras."

Eftersom orsaken bakom detta inte är väl förstådd, Thimsen och teamet planerar att fortsätta arbeta för att förstå sambandet mellan strukturen av nanopartikelfilmen och elektrontransportmekanismen, han sa.

"Om elektroner tunnlar, de rör sig inte riktigt med en klassisk hastighet och rör sig från en punkt till nästa, ", sa Thimsen. "Om elektroner tunnlar från en punkt till nästa, en hypotes är att de inte kommer att interagera med starka magnetfält. En av våra långsiktiga visioner är att skapa ett material som har hög elektrisk ledningsförmåga men som inte interagerar med magnetfält."

Dessutom, den nya kompositens beteende förbättrade också dess prestanda, vilket i slutändan kan bidra till att sänka kostnaderna för material som används i solceller och andra elektroniska enheter.

"Prestandan är ganska bra, men inte på den nivå det behöver vara för att vara kommersiellt gångbart, men det är nära, sa Thimsen.