有助于制造新一代低成本高效太陽能電池
據(jù)美國物理學家組織網(wǎng)11月16日報道，美國科學家研制出了一種新的材料合成方法，可以更好地控制合成材料的幾何形狀和化學成分。使用這種方法合成的新材料如能很好地結(jié)合無機材料的功能，將有望用于制造新一代太陽能電池、催化劑以及光子晶體。
美國能源部下屬阿貢國家實驗室納米尺度材料和能源系統(tǒng)分部的化學家杰夫·伊拉姆和納米科學家賽思·達寧開發(fā)出了一種名為“連續(xù)滲透合成（SIS）”的技術(shù)，使用該技術(shù)，科學家可以用一塊由嵌段共聚物大分子組成的薄膜作為模板，制造出具有各種形狀和圖案的材料。
這種新方法是原子層沉積（ALD）技術(shù)的擴展，ALD是阿貢國家實驗室科學家廣泛使用的一種材料合成技術(shù)，可以將物質(zhì)以單原子膜的形式一層一層地鍍在基底表面。而SIS不需要像ALD那樣層層鋪設(shè)不同納米材料組成的薄膜，只需使用嵌段共聚物作為基座即可。
達寧表示，這種新方法可制造出僅由ALD技術(shù)或嵌段共聚物無法制造出的材料，也可更好地控制所制造材料的幾何形狀和化學成分。
達寧解釋道，新技術(shù)的成功要歸功于嵌段共聚物獨特的化學性質(zhì)。每個嵌段共聚物由兩個化學性質(zhì)不同的子單元組成，例如，一個子單元可能具有親水性而另一個單元可能排斥水，因此，嵌段共聚物可被看成一對分子“雙胞胎”，其中一個分子在說話，而另外一個分子在安靜地傾聽。如果將很多這樣的分子“雙胞胎”放在一個房間內(nèi)，物以類聚，談話的分子會靠近談話的分子，而傾聽的分子會接觸傾聽的分子，但它們不可能完全隔離開，而是分群聚集在房間的不同角落，正是這種“行動”讓研究人員獲得想要的幾何形狀。
使用這種嵌段共聚物作為原始襯底，再加上新研發(fā)的SIS技術(shù)，就能形成具有不同形狀的材料（從球形到圓柱形再到曲面）。新材料的物理和化學性質(zhì)取決于嵌段共聚物的化學性質(zhì)和結(jié)構(gòu)如何與ALD技術(shù)的化學性質(zhì)相互作用，這使得研究人員可以比之前更精準的方式來控制材料的合成。不過，盡管存在著多種嵌段共聚物，但通常它們的應(yīng)用不如無機材料那樣廣泛。達寧表示，科學家面臨的挑戰(zhàn)是將這些嵌段共聚物的自組裝特性同無機材料的功能性結(jié)合在一起。
研究人員認為，采用SIS技術(shù)制造出來的材料將有助于提高太陽能電池的效率，降低其成本。