התכונה תהיה חשובה לבניית תאי-שמש המורכבים מננו-גבישים, ועבור השימוש באנרגית השמש להפקת דלקים נוזליים נקיים ומתחדשים לתחבורה,
בהתפתחות, הטומנת בחיקה הבטחה גדולה עבור עתידם של תאי-שמש המורכבים מננו-גבישים, ועבור השימוש באנרגית השמש להפקת דלקים נוזליים נקיים ומתחדשים לתחבורה, חוקרים ממשרד האנרגיה האמריקאי דיווחו על שיטה חדישה שבאמצעותה הוגברה המוליכות החשמלית של גבישים ננו-גליליים של המוליך למחצה קדמיום-סלניד פי מאה אלף.
“המפתח להצלחה שלנו הינו הייצור של מגעים חשמליים העשויים זהב בקצותיהם של גלילי הקדמיום-סלניד ע”י הצמחתם הישירה מתוך שכבת תמיסה,” מסביר מרכז המחקר, Paul Alivisatos. “מגעים שמקורם בתמיסה מספקים ממשק מתכת-ננו-גביש צמוד ללא חומרים פעילי שטח או תוספים אחרים, ובניגוד לשיטות קודמות להכנת מגעים כאלו, השיטה החדישה שלנו משמרת את האופי המוליך-למחצה המובנה של ננו-הגביש המקורי.”
לאור התחזית, כי הדרישה העולמית לאנרגיה תוכפל עד שנת 2050 ואפילו תשולש עד לשלהי המאה העשרים ואחת, קיים הכרח מידי לפיתוחם של טכנולוגיות אנרגיה יציבות ונטולות חומרים פחמניים. השימוש בקרינת השמש להפקת חשמל וכן לביקוע פרודות מים עבור ההכנה של דלקים נחשב כחזון של מקור האנרגיה המיטבי, וננו-גבישים עשויים להיות חלק חיוני בקידומו של חזון זה. מוליכות חשמלית בננו-גבישים מוליכים למחצה הינה מאפיין חיוני הן לאנרגית השמש והן לטכנולוגיות של תאי-דלק.
“תהליכים רגילים להכנת מגעים, בהם מספיחים ישירות מתכת אל ננו-הגבישים המוליכים למחצה, ואשר משמשים היום בהפקת שכבות שבבים מסחריים, גורמים לפגמים מבניים ולתגובות כימיות בלתי-רצויות בממשק שבין המתכת למוליך למחצה,” מציין החוקר. “כלומר – ההתקן החשמלי המוגמר מורכב למעשה מחומר השונה מאשר ננו-הגביש המקורי.”
החוקר מציין כי בעוד ששיטות כימיות, כגון הוספת חומרים פעילי שטח, הביאו להגברה של המוליכות החשמלית בשכבות זעירות המורכבות מננו-גבישים מוצקים, שיטות אלו לרוב גורמות לשינויים בתכונותיהם החשמליות של המוליך למחצה, לדוגמא – החלפת החומר מסוג n לסוג p, או לשינויים בצפיפותו. יתרה מכך, מחקרים קודמים לא הצליחו להסביר מדוע התגברה המוליכות החשמלית, מלבד ההתייחסות לעובדה כי מעטה החומר פעיל השטח הוסר.
במחקרם זה, צוות המדענים השתמש במדידות חשמליות של ננו-מבנה יחיד בכדי ליצור השוואה שיטתית בין ננו-גלילי קדמיום-סלניד בעלי קצוות מזהב לאלו החסרים אותם. תהליך היצירה של הקצוות החל בהוספה של מלח זהב לתמיסה של טולואן וננו-גלילי קדמיום-סלניד, שגרמה לספיחתה הבררנית של מתכת הזהב לקצות ננו-הגלילים. בשלב הבא, הוטבלה שכבת צורן (המרכיב החיוני של השבב) בתוך תמיסה זו. לאחר נידוף ממס התמיסה (טולואן) התקבלו ננו-גלילי קדמיום-סלניד פרטניים סדורים לאורך אלקטרודות זהב שהוכנו מראש באמצעות ליתוגרפית אלומת אלקטרונים. התוצאה הסופית הייתה התקנים אחידי-מבנה של קדמיום-סלניד שבקצותיהם מוקמו מגעי זהב.
“המחקר שלנו מראה כי הביצועים המשופרים של מבנים אחידים של קדמיום-סלניד שבקצותיו זהב מקורם ממחסום Schottky נמוך יותר וכי מגעים שמקורם בתמיסה אינם משנים את ההרכב הכימי של המוליך למחצה. בנוסף, המחקר שלנו מדגים את התחכום ההולך וגובר של התקנים אלקטרוניים עתירי-איכות שניתן לקבלם באמצעות תהליכי התגודדות עצמית, ואת יכולתם של תהליכים אלו להוות דרך מצוינת לפיתוח הדור הבא של התקנים אלקטרוניים ואופטו-אלקטרוניים תוך שימוש בננו-גבישים.”
“אנו סבורים כי הגישה שלנו הינה השיטה המיטבית להכנת התקנים עתידיים מננו-גבישים מאחר והיא משמרת את אופיים המוליך למחצה המקורי יחד עם בקרה סינתטית מדויקת של הפקתם,” מציין החוקר הראשי.
לדבריהם של החוקרים, השלב הבא במחקרם יהא לקבוע באם השיפור החד בהתנהגות החשמלית יוכל להיות מתורגם לשיפור בייצור האנרגיה עצמה. בתחילה, קבוצת המדענים מתכוונת לחקור את השימוש במגעים שמקורם בתמיסה ביישומים פוטו-וולטאיים.
תגובה אחת
אפשר בבקשה להסביר חלק מהכתבות באתר בשפה יותר פשוטה. משום שיש קוראים (שאני ביניהם) שקשה להם להבין כתבות כדוגמת זו בגלל המונחים המדעיים שלא כל כך מוכרים להם.
תודה.