由AMOLF 信用:AMOLF AMOLF的三维光伏小组的研究人员使用原子力显微镜在纳米尺度上进行电化学印刷
这项技术可以在芯片上印刷新一代太阳能电池的结构
研究人员今天在网络杂志《纳米尺度》上发表了他们的结果
镀金表面的铜簇形成了字母AMOLF(见图)
这些是肉眼看不见的，因为这些字母只有几百纳米大小
然而，通过用来书写字母的显微镜，图像清晰可见
马克·阿茨博士
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三维光伏组的学生使用原子力显微镜操纵溶解的铜离子形成这些字母
他可以用这种技术在一个表面上画出任何想要的形状
这项技术适用于新一代纳米结构太阳能电池的生产，这种电池可以捕捉垂直纳米结构中的阳光，如线、锥甚至可能是树形元件
组长埃斯特·阿拉尔孔(Esther Alarcón)说:“在传统的太阳能电池中，光线落在最上面的水平层；随着材料深度的增加，颜色会变暗
在三维太阳能电池中，不仅仅是顶层，整个体积的材料都是活性的
“挑战之一是开发一种新技术，在电化学过程的帮助下从下往上生产纳米线，而不是从更大的材料上切割纳米线
这正是Aarts正在研究的
用铜绘制 小学生可以用一个透明的蓝色硫酸铜溶液和两个回形针作为电极进行简单的电化学反应
当对回形针施加电压时，其中一个回形针上会有铜沉积
原子力显微镜中的纳米尺度也是如此
一根直径50纳米的微型铂针在表面上移动，就像唱机的针在唱片上移动一样
在这个实验中，这个尖端作为一个回形针，一个小的金盘(或芯片)作为另一个回形针，在金盘上画出结构
整个装置悬浮在硫酸铜溶液中
当在电极上施加电压时，铜会精确地沉积在金表面尖端的位置
如果尖端被移动，那么铜会稍微向上沉积
通过这种方法，可以使用原子力显微镜在芯片上电化学绘制图案
双层 很快就变得很清楚，纳米尺度的电化学过程与餐桌尺度的电化学过程不同
例如，令他惊讶的是，Aarts发现在较低浓度的硫酸铜溶液中有更多的铜沉积在表面
在高浓度下，是不可能写的
然而，用原子力显微镜头敲击表面确实很有效
这是必要的，因为没有这种攻丝，就不会形成铜
阿茨解释说，这背后有一个基本过程
带相反电荷的层总是在带电电极周围形成
这种“双层”也在原子力显微镜针尖和金电极周围形成，阻止了铜反应的发生
这很令人惊讶，因为在餐桌上，双层结构有助于反应
通过敲击表面的尖端，双层被打破，这使得反应在局部发生
" Aarts对利用原子力显微镜和电化学反应成功制作三维图案感到满意
研究人员说，这种集中效应和挖掘的需要以前从未被观察到
“双层是电化学中最重要的现象之一，但我们还没有完全理解它
这些知识对于改进电池或电催化的发展可能是重要的
" 阿尔茨目前绘制的结构尺寸约为50纳米，因为这是原子力显微镜针尖的尺寸
然而，越小越好
“我们认为，我们可以很容易地使用更小的尖端来绘制更小的结构
" 研究人员的梦想是利用这种技术生产太阳能电池
这将要求结构更高
“以可控的方式增加身高仍然很困难，”阿尔茨说，研究人员正在努力解决这个问题
最终，太阳能电池的生产将需要由几种材料构成的结构，如镓和砷化物，它们结合起来形成最好的太阳能电池
“通过电化学，我们可以轻松地同时或依次应用材料
在这个团队中，我们也在研究这些过程，我们希望将来能把它们结合起来
"
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