EO

Schrijven op nanoschaal met een microscoop

07 oktober 2019 om 16:47 uur

Onderzoekers van de 3D-Photovoltaics-groep van Amolf hebben, op nanoschaal, een elektrochemische tekst geprint met behulp van een atoomkrachtmicroscoop. Met deze techniek kunnen structuren voor een nieuwe generatie zonnecellen op chips worden getekend.


De onderzoekers publiceren hun resultaten vandaag online in het tijdschrift Nanoscale.


De koperclusters op het oppervlak van een goudplaatje vormen de letters Amolf (zie afbeelding). Met het blote oog onzichtbaar, want de letters zijn maar een paar honderd nanometer groot. Maar met de microscoop waarmee de letters zijn geschreven is het beeld duidelijk te zien. Met deze atoomkrachtmicroscoop (AFM) heeft Mark Aarts, promovendus in de 3D-Photovoltaics groep, opgeloste koperionen zo gemanipuleerd dat ze letters vormen.


Aarts kan zo met koper elke vorm tekenen op een oppervlak. Dat komt van pas bij het maken van een nieuwe generatie zonnecellen, die zonlicht invangen in verticale nanostructuren: draden, kegels of misschien wel boomvormige elementen. Groepsleider Esther Alarcón: "In traditionele zonnecellen valt het licht op de bovenste horizontale laag, dieper in het materiaal wordt het steeds donkerder. In 3D-zonnecellen is niet alleen de toplaag actief, maar het volledige volume van je materiaal." Een van de uitdagingen is het ontwikkelen van een nieuwe techniek om met elektrochemische processen nanodraden direct bottom-up te produceren, in plaats van ze uit een groter stuk materiaal te snijden. Dat is waar Aarts mee bezig is.

 

Tekenen met koper

Aarts gebruikt een eenvoudige elektrochemische reactie die je op de keukentafel kunt uitvoeren: met een helderblauwe oplossing van kopersulfaat in een glas en twee paperclips als elektroden. Wanneer je spanning op de paperclips zet slaat vast koper op een ervan neer. Hetzelfde gebeurt op nanoschaal in de AFM met een naald van platina, 50 nanometer in doorsnee. Voor dit experiment fungeert deze naald als de ene paperclip, en een plaatje goud (of de chip) waarop de structuur wordt getekend als de andere.

 

Dubbellaag

Al snel bleek dat het elektrochemische proces op nanoschaal niet helemaal hetzelfde verloopt als op keukentafelschaal. Zo zag Aarts dat er tegen de verwachting in meer koper op het oppervlak kwam naarmate de concentratie van de kopersulfaatoplossing lager was. Bij hoge concentraties lukte het schrijven zelfs helemaal niet. Wat goed werkte, was het zogenaamde tappen ofwel aantikken van het oppervlak met de AFM-tip. Zonder dit aantikken werd zelfs geen koper gevormd. Een fundamenteel proces ligt hieraan ten grondslag. Aarts: "Om een geladen elektrode heen vormt zich altijd een laag met tegengestelde lading. Deze zogenaamde dubbellaag vormt zich ook rond onze AFM-naald en de goudelektrode en dat voorkomt dat de reactie van koper plaatsvindt. Bijzonder, want op keukentafelschaal faciliteert de dubbellaag juist de reactie. Door het aantikken van het oppervlak met de tip wordt de dubbellaag verbroken en kan de reactie lokaal plaatsvinden."

 

Op weg naar zonnecellen

Het concentratie-effect en de noodzaak van het aantikken zijn nog niet eerder waargenomen, zegt de onderzoeker. "De dubbellaag is een van de belangrijkste verschijnselen in de elektrochemie, maar is nog niet goed begrepen. Deze kennis kan van belang zijn voor de ontwikkeling van betere batterijen of elektrokatalyse."


De structuren die Aarts tekent zijn nu zo'n 50 nanometer groot, omdat de AFM-naald die afmeting heeft. Kleiner zou beter zijn. "Wij denken dat we eenvoudig een kleinere naald kunnen gebruiken om nog kleinere structuren te schrijven."


De droom van de onderzoekers is om daadwerkelijk zonnecellen te maken met deze techniek. Daarvoor moeten de structuren hoger worden. "Gecontroleerd de hoogte in is nog lastig, dus daar wordt aan gewerkt. Uiteindelijk is het voor een zonnecel nodig om structuren opgebouwd uit meerdere materialen te maken, zoals gallium en arsenide, die samen de beste zonnecellen vormen. Met elektrochemie kun je makkelijk tegelijk of na elkaar materialen aanbrengen. Binnen de groep onderzoeken wij ook deze processen en we hopen dit in de toekomst allemaal te combineren."

 

Gerelateerd nieuws

‘Robotisering levert banen op’

Meer robots > meer banen

In 2018 gebruikte 7% van de bedrijven robots. Vooral bedrijven in de industrie en researchinstellingen maakten gebruik van bijvoorbeeld lasrobots of zelfsturende voertuigen in magazijnen. Ook andere relatief nieuwe ICT…

Intelligent, vormveranderend, zelfherstellend materiaal voor zachte robotica

Materiaal zonder hardware reageert op prikkels van buitenaf

Onderzoekers van Carnegie Mellon University hebben een zacht materiaal ontwikkeld dat zichzelf vervormt in reactie op invloeden van buitenaf. En dit zonder externe hardware. Dit biedt kansen op het gebied van zachte…

Kijken naar energietransport in op biologie geïnspireerde nanobuisjes

Hoe verplaatst energie zich in op biologie geïnspireerde nanobuisjes?

Wetenschappers van de RUG en de universiteit van Würzburg (DE) hebben een op de biologie gebaseerd systeem onderzocht dat licht omzet in stroom. Dat gebeurde met geavanceerde spectroscopie in microkanaaltjes. De…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Veilig heksysteem PSENmlock

Het heksysteem PSENmlock biedt een veilige vergrendeling en veilige sluiting in slechts één product. De PSENmlock...

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

19 oktober 2019, Eindhoven

Dutch Design Week

Ontwerpers presenteren hun werk op 100 locaties in Eindhoven

23 oktober 2019, Vianen

Praktijkdag Performance Level (PL) ISO 13849-1

Na de theoriedag PL/SIL of module 4: Ontwerpen besturingstechnische veiligheidsmaatregelen van de...

Meer agendapunten »