使用新程序，慕尼黑工业大学(TUM)和慕尼黑路德维希马克西米利安大学(LMU)的研究人员现在可以生产极薄且坚固但高度多孔的半导体层。一种非常有前景的材料 - 例如，用于小型，轻质，柔性太阳能电池，或用于改善可充电电池性能的电极。
在慕尼黑工业大学以无机化学为主题的无机化学教授托马斯·费斯勒教授手中拿着像蛋白石一样闪闪发光。它具有惊人的特性：它像水晶一样坚硬，非常薄 - 因为它是高度多孔的 - 像羽毛一样轻。
通过将合适的有机聚合物整合到材料的孔隙中，科学家们可以定制随后的混合材料的电气特性。该设计不仅节省了空间，还创造了大型界面，提高了整体效率。
“您可以将我们的原材料想象成具有类似蜂窝结构的多孔支架。这些墙壁包含无机半导体锗，可以产生和储存电荷。由于蜂窝壁极薄，电荷可以沿着短路径流动， “Fässler解释道。
新设计：自下而上而不是自上而下
但是，为了将脆弱的硬锗转化为柔韧多孔的层，研究人员不得不应用一些技巧。传统上，蚀刻工艺用于构造锗的表面。但是，这种自上而下的方法很难在原子水平上控制。新程序解决了这个问题。
Fässler与他的团队一起建立了一种综合方法，可以非常精确和可重复地制造出所需的结构。原料是锗，原子排列成九簇。由于这些簇带电，只要它们溶解，它们就会相互排斥。净化仅在溶剂蒸发时发生。
这可以通过施加500℃的热量容易地实现，或者可以通过例如添加氯化锗来化学诱导。通过使用其他氯化物如氯化磷，可以容易地掺杂锗结构。这使研究人员能够以非常有针对性的方式直接调整所得纳米材料的性质。
微小的合成珠子作为纳米模板
为了使锗簇具有所需的多孔结构，LMU研究员Dina Fattakhova-Rohlfing博士开发了一种能够进行纳米结构的方法：微小的聚合物珠子在初始步骤中形成三维模板。
在下一步骤中，锗 - 簇溶液填充珠子之间的间隙。一旦在微小珠子的表面上形成稳定的锗网络，就通过加热去除模板。剩下的是高度多孔的纳米薄膜。
展开的聚合物珠粒具有50至200纳米的直径并形成蛋白石结构。出现在表面上的锗支架充当阴模 - 形成反蛋白石结构。因此，纳米层像蛋白石一样闪烁。
“单独的多孔锗具有独特的光学和电学特性，许多能源相关的应用可以从中获益，”LMU研究员Dina Fattakhova-Rohlfing博士说，他与Fässler合作开发了这种材料。“除此之外，我们可以用各种功能材料填充毛孔，从而创造出广泛的新型混合材料。”
Nanolayers为便携式光伏解决方案铺平了道路
“当与聚合物结合使用时，多孔锗结构适合开发新一代稳定，极轻且灵活的太阳能电池，可以在旅途中为手机，相机和笔记本电脑充电，”物理学家PeterMüller解释道。 Buschbaum，慕尼黑工业大学功能材料教授。
世界各地的制造商都在寻找用于便携式太阳能电池的轻质且坚固的材料。迄今为止，他们主要使用有机化合物，这些化合物敏感且寿命相对较短。热和光分解聚合物并导致性能降低。在这里，薄而坚固的锗杂化层提供了真正的替代方案。
Nanolayers用于新电池系统
接下来，研究人员希望利用这项新技术制造高度多孔的硅层。这些层目前正在作为可充电电池的阳极进行测试。它们可以想象地取代目前用于电池的石墨层以提高其容量。
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