德國慕尼黑工業(yè)大學(TUM)和慕尼黑大學(LMU)的研究人員發(fā)現(xiàn)一種利用奈米結構的鍺材料制輕薄、堅固且多孔半導體層的新方法，可望用于開發(fā)可攜式太陽能電池與電池電極。

　　這種材料非常適用于小型、輕量且軟性的太陽能電池，或是改善可充電電池性能的電極。

　　科學家藉由在鍺材料孔隙中整合適量的有機聚合物，即可量身打造出共生混合材料的電氣特性。這種設計不僅能節(jié)省空間，還可打造出大型介面的表面，提升整體效能。

　　在多孔隙的鍺奈米薄膜中填充適量的有機聚合物，使其成為混合太陽能電池。

　　“你可以想像這種原材料的多孔結構就像蜂窩一樣。在其孔壁上包含了無機的半導體鍺，因而能夠產(chǎn)生與儲存電荷。由于這種蜂窩狀的孔壁極薄，讓電荷能夠沿著較短路流動，”專攻創(chuàng)新材料研究的慕尼黑工業(yè)大學無機化學系主任Thomas Fassler解釋。

　　為了將這種易碎的硬質鍺材料轉化為軟性的多孔層，研究人員們只得另外采用一些技巧。傳統(tǒng)上，蝕刻制程用于構造鍺的表面。然而，由上而下的策略難以在原子級進行控制，因而必須采取新的步驟來解決這個問題。

　　Fassler與其研究團隊開發(fā)出一種合成方法，能夠十分精準且可重復地制造出所需的結構。這種原材料是具有9種原子排列成簇的鍺。由于這些原子簇帶電，如果散開的話會彼此相斥。只有在溶劑蒸發(fā)后才會集結成簇。

　　這只要透過加熱至500℃就能輕松地實現(xiàn)了，或者也可以利用化學誘導的方式，例如增加氯化鍺。藉由采用像氯化磷等其他氯化物，就能輕松地摻雜鍺結構。這讓研究人員們能以針對性的方式直接調整所取得的奈米材料特性。

　　為了賦予鍺原子簇所需的多孔結構，慕尼黑大學的研究人員Dina Fattakhova-Rohlfing開發(fā)出一種可實現(xiàn)奈米結構的方法：在最初的步驟中，以微型的聚合物微珠形成3D模板。接著，在這些微珠之間填充鍺簇溶液。一旦在微珠的表面形成穩(wěn)定的鍺網(wǎng)路后，即可加熱去除模板。最后留下高度多孔隙的奈米薄膜。

　　部署的聚合物微珠直徑約50～200nm，并且形成一種蛋白石結構。而出現(xiàn)在表面的鍺支架作為負模板——形成一種反蛋白石結構，而這也是為什么奈米層像蛋白石一樣閃爍微光之故。

　　“多孔的鍺材料具有獨特的光電特性，適用于許多與能源相關的應用，”與Fassler共同開發(fā)這種材料的慕尼黑大學研究人員Dina Fattakhova-Rohlfing表示?！俺酥?，我們還可在孔隙中填充各種功能性的材料，從而打造出廣泛的新型混合材料。”

　　“在結合聚合物時，多孔的鍺結構適于開發(fā)新一代的穩(wěn)定、輕型且軟性的太陽能電池，讓使用者可在行動中同時為手機、相機與筆記型電腦充電，”慕尼黑工業(yè)大學功能材料教授Peter Muller-Buschbaum表示。

　　目前全世界各地的制造商都在尋找重量輕且堅固的材料，以便用于打造可攜式的太陽能電池。截至目前為止，大部份的研究人員們主要采用有機化合物，但這是一種相當敏感且壽命很短的材料。而一般聚合物經(jīng)過加熱或照明都可能使其分解，從而導致性能退化。如今，德國研究人員開發(fā)出這種堅韌的奈米鍺混合薄層，可望為可攜式太陽能電池帶來全新選擇。

　　世界各地的制造商都在尋找重量輕，堅固的材料，便攜式太陽能電池使用。迄今為止它們主要用于有機化合物，這是敏感的和具有相對短的壽命。熱和光分解聚合物和導致性能降低。薄但強勁的鍺混合層提供一個真正的選擇。