Svävade guldpartikel bygger supereffektiv solcell

Att låta mattor av nanotrådar bygga upp solceller eller lysdioder är ett smart sätt att minska materialåtgången. Här kan samma prestanda uppnås med bara en tiondel av vad som skulle krävas om rent kisel eller galliumarsenid skulle användas.

Men fram till i dag har tekniken att tillverka fram trådarna varit långsam och dyr. Det kan det bli ändring på sedan Lars Samuelson och hans kolleger vid Nanometerkonsortiet i Lund fått nanotrådar att växa fram i en rasande fart på guldpartiklar som svävar i en het gas. När tråden, eller pinnen, är klar trillar den ur ugnen och samlas upp på ett substrat av kisel eller glas. Att orienteringen blir rätt ser ett elektromagnetiskt fält till.

Tillverkningen går i ett rasande tempo. Varje guldpartikel passerar ugnen på en sekund, framburen av vätgas. På den korta tiden har en 1 mikrometer lång tråd, med en diameter på 60 nanometer, vuxit fram.

- Det här är en väldigt mycket billigare framställningsmetod än de som tidigare funnits för att tillverka nanotrådar, säger Lars Samuelson, professor i halvledarfysik vid Lunds tekniska högskola.

Idén till det nya sättet att tillverka material fick Lars Samuelson för tre år sedan.

-"Du är inte klok Lars", sa folk omkring mig jag först kastade fram idén att låta halvledartrådarna växa på guldpartiklar i stället för substrat av kisel, säger han.

Men efter att ha experimenterat i labbet under två år kunder forskarna visa att tekniken fungerade, och att trådarna höll lika bra kvalitet som nanotrådar som växt fram på skivor av halvledarmaterial som kisel eller indiumfosfid.

Sedan dess har forskarna utvecklat en prototypmaskin med en ugn. Genom att ha fler ugnar efter varandra räknar Lars Samuelson med att kunna tillverka trådar med mer avancerade funktioner. I fokus just nu är en pn-diod. Då krävs två ugnar. I den första tillverkas en n-dopad tråd, i den andra växer man på en p-dopad del.

Metoden, som kallas aerotaxi, är nu patenterad. Utvecklingen har skett i samarbete med Sol Voltaics, ett avknoppningsbolag vars mål är attanvända maskinen för att tillverkar stora, billiga och effektiva solceller av nanotrådar.

Det nya sättet att tillverka material publiceras i det senaste numret av den vetenskapliga tidskriften Nature.

Se animation av tillverkningsprocessen