Einem Team aus schweizer und deutschen Wissenschaftlern ist es gelungen, einwandige Kohlenstoffnanoröhren gezielt wachsen zu lassen. Damit machen sie einen weiteren Schritt zur Verwendung von Nanotechnologien in Solarzellen. Sie erhoffen sich Effizienzsteigerungen.
Deutschen und Schweizer Forschern ist es gelungen, erstmals gezielt einwandige Kohlenstoffnanoröhrchen wachsen zu lassen. Schon seit Jahren werden solche Nanoröhrchen als kleine Helfer in Solarzellen entwickelt, um den Elektronen den Weg zur Elektrode zu ebnen und damit die Effizienz der Zellen zu steigern. Sie wirken für die Elektronen wie ein Fahrstuhl. Denn sie haben außergewöhnliche thermischen, mechanischen, elektronischen und optischen Eigenschaften. „Sie sind leicht, aber zugleich fester als Stahl, als Halbleiter sind sie leistungsfähiger als Silizium und sie leiten Elektrizität besser als Kupfer“, erklären die Forscher der Friedrich-Alexander Universität Nürnberg-Erlangen (FAU) und dem Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (Empa) im schweizerischen Dübendorf, einem Vorort von Zürich. „Aktuell erscheinen sie als das geeignetste Material, um der Mikroelektronik den Weg in den Nanometerbereich zu ebnen.“
Es gelten die Gesetze der Quantenmechanik
Die Nanoröhren der Wissenschaftler bestehen nur aus einer Lage von Kohlenstoffatomen. Die kleinen Halme haben eine Durchmesser von etwa einem Nanometern und sind einige Mikrometer lang. Durch die spezielle wabenförmige Gitterstruktur, die relativ zur Röhrenachse verdreht ist, und vor allem die unvorstellbar kleinen Ausmaße wirken die verborgenen Gesetze der Quantenmechanik, wo jedes Phänomen sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften hat. Die Nanoröhren haben setzen den Elektronen kaum einen Widerstand entgegen und schützen die wertvollen Ladungsträger gleichzeitig vor den Leerstellen. Das Risiko der Rekombination sinkt und der Wirkungsgrad steigt.
Herstellungsmethode fehlte bisher
Doch bisher fehlte eine geeignete Methode, mit der sich Nanoröhren mit den gewünschten Eigenschaften einfach, zuverlässig und in großem Maßstab herstellen lassen. Damit die Nanoröhren für den industriellen Einsatz in elektronischen Bauelementen oder Solarzellen interessant werden, müssen sie je nach Einsatzzweck, beispielsweise als Leiter oder Halbleiter, gezielt hergestellt werden können und überdies möglichst defektfrei sein. Mit ihrer Entwicklung haben die fränkischen und schweizerischen Wissenschaftler die Forschung einen entscheidenden Schritt weitergebracht. Schließlich ist es ihnen gelungen, die einwandigen und weitgehend störungsfreien Kohlenstoffnanoröhren mit einer definierten Chiralität aus molekularen Vorstufen kontrolliert herzustellen. „Diese Vorläufermoleküle bilden auf einer Platinoberfläche eine Art Keim, mit dessen Hilfe flach angeordnete Kohlenstoffatome zu einer Röhre emporwachsen“, erklärt das Team. Wir gehen davon aus, dass wir in Kürze genügend dieser Nanoröhren vorliegen haben, um sie detaillierten Experimenten zu unterziehen und auf ihre Einsatzmöglichkeiten zu prüfen“, betonen die Forscher. (Sven Ullrich)
