(Phys.org) —En regardant un morceau de matériau en coupe transversale, Parag Banerjee, ingénieur de l'Université de Washington à St. Louis, Doctorat, et son équipe a découvert comment le cuivre fait germer des nanofils ressemblant à de l'herbe qui pourraient un jour être transformés en cellules solaires.

Banerjee, professeur assistant en science des matériaux et expert dans le travail avec les nanomatériaux, Fei Wu, assistant de recherche diplômé, et Yoon Myung, Doctorat, un chercheur associé postdoctoral, a également fait un pas vers la fabrication de cellules solaires et plus rentables.

Banerjee et son équipe ont travaillé avec des feuilles de cuivre, un matériau simple semblable au papier d'aluminium domestique. Lorsque la plupart des métaux sont chauffés, ils forment un épais film d'oxyde métallique. Cependant, quelques métaux, comme le cuivre, fer et zinc, faire pousser des structures ressemblant à de l'herbe appelées nanofils, qui sont longues, structures cylindriques de quelques centaines de nanomètres de large sur plusieurs microns de haut. Ils ont entrepris de déterminer comment les nanofils se développent.

"D'autres chercheurs regardent ces fils de haut en bas, " dit Banerjee. " Nous voulions faire quelque chose de différent, nous avons donc cassé notre échantillon et l'avons regardé de côté pour voir si nous obtenions des informations différentes, et nous l'avons fait."

Les résultats de la recherche ont été récemment publiés dans CrystEngComm . Le Centre international pour les énergies renouvelables et la durabilité avancées de l'Université de Washington (I-CARES) et le Partenariat mondial pour l'énergie et l'environnement de la McDonnell Academy (MAGEEP) ont financé la recherche.

L'équipe a utilisé la spectroscopie Raman, une technique qui utilise la lumière d'un faisceau laser pour interagir avec des vibrations moléculaires ou d'autres mouvements. Ils ont trouvé une couche épaisse sous-jacente composée de deux oxydes de cuivre différents (CuO et Cu2O) qui avaient une épaisseur étroite, colonnes verticales de grains qui les parcourent. Entre ces colonnes, ils ont trouvé des joints de grains qui agissaient comme des artères à travers lesquelles le cuivre de la couche sous-jacente était poussé à travers lorsque la chaleur était appliquée, créer les nanofils.

"Nous jouons maintenant avec ce mécanisme de transport ionique, l'allumer et l'éteindre et voir si nous pouvons obtenir différentes formes de fils, " dit Banerjee, qui dirige le Laboratoire des nanomatériaux émergents et appliqués (L.E.A.N.).

Comme les cellules solaires, les nanofils sont de structure monocristalline, ou un morceau de matériau continu sans joints de grains, dit Banerjee.

"Si nous pouvions les prendre et étudier certaines des propriétés optiques et électroniques de base, nous pourrions potentiellement fabriquer des cellules solaires, " dit-il. " En termes de propriétés optiques, les oxydes de cuivre sont bien placés pour devenir un matériau de récupération d'énergie solaire."

La découverte peut également profiter à d'autres ingénieurs qui souhaitent utiliser des oxydes monocristallins dans la recherche scientifique. La fabrication de monocristal Cu2O pour la recherche coûte très cher, Banerjee dit, coûtant jusqu'à environ 1 $, 500 pour un cristal.

"Mais si vous pouvez vivre avec cette forme qui est un long fil au lieu d'un petit cristal, vous pouvez vraiment l'utiliser pour étudier des phénomènes scientifiques de base, " dit Banerjee.

L'équipe de Banerjee recherche également d'autres utilisations pour les nanofils, y compris agissant comme un semi-conducteur entre deux matériaux, comme photocatalyseur, un photovoltaïque ou une électrode pour fractionner l'eau.