Wissenschaftler verbessern die Eigenschaften von Nanoröhren mit einer einfachen Dotierungsmethode

Nach Angaben von Forschern der Yale University ist es nun möglich, die Dotierung von Kohlenstoff-Nanoröhren zu kontrollieren. Dieses einfache Verfahren optimiert die Eigenschaften der Röhren, um Ergebnisse zu liefern, und es soll effektiv genug sein, um den Nutzen von dotiertem Kohlenstoff in verschiedenen Nanotechnologien und einem flexiblen Elektron einschließlich Silizium-Hybrid-Energiezellen zu verbessern.

Die Studie unter der Leitung von Andre Taylor und Nilay Hazari, beide von der Yale School of Engineering and Applied Science bzw. der Abteilung für Chemie, entwickelte eine Technik, Metallocene - eine Methode, die organische Verbindungen mit einem Metallkern verwendet, um zwei mögliche Arten von dotiertem Kohlenstoff herzustellen.

Minimale Mengen von Metallocenen in Flüssigkeit werden auf CNTs aufgebracht, die dann mit hoher Geschwindigkeit gedreht werden, wodurch sich die Flüssigkeit gleichmäßig über die Oberfläche der CNTs verteilt und das Ergebnis eine hohe Dotierung ist, die den elektrischen Wert erhöhen kann. Die Forscher entdeckten bei dieser Methode, dass die Dotierung mit elektronenarmen Metallocenen, insbesondere mit denen mit Kobaltkern, zu CNTs mit zusätzlichen positiv geladenen Elektronenlöchern im Vergleich zu den vorhandenen negativ geladenen Elektronen führt, die die Löcher füllen. Aufgrund ihrer positiven Ladung werden sie als p-Typ bezeichnet. Die Dotierung mit elektronenreichen Metallocenen, insbesondere solchen mit Vanadiumkern, führt dagegen zu negativ geladenen CNT, die als n-Typ bezeichnet werden, da sie weniger Löcher als Elektronen aufweisen.

Dies sind die ersten Moleküle, die nachweislich sowohl n- als auch p-Dotierungen erzeugen können. Die Forscher, zu denen auch die Doktoranden Louise Guard und Xiaokai gehören, haben gezeigt, dass wir die Kohlenstoffnanoröhren durch Änderung der Metallkoordinate des Metallocerens nach Belieben in n- und p-Sorten umwandeln oder sogar zwischen den beiden Sorten hin und her wechseln können.

Obwohl die Dotierung der p-Varietät recht populär ist und auf natürliche Weise erfolgt, wenn CNTs mit Luft in Berührung kommen, führten frühere Dotierungstechniken der n-Varietät zu niedrigen Dotierungsniveaus, die in Geräten nicht richtig genutzt werden konnten. Daher hat das Team in Yale CNT-Siliziumzellen in n-Form entwickelt, die mehr als vierhundertfünfzigmal effizienter sind als die effektivsten Solarzellen dieses Typs.

Ein höheres Dotierungsverhältnis führt zu einem verbesserten Elektronentransport, einer höheren Mobilität und natürlich zu besser funktionierenden Geräten. Mit diesen Erkenntnissen sind wir dem Ziel, die Effizienz von Hybridsolarzellen zu verbessern, zumindest einen Schritt näher gekommen, und wir können nur abwarten, was die Zukunft bringt.