Nanotechnologie

Nanodrähte aus Kupfer für Solarzellen und biegsame Displays

Wissenschaftler aus den USA haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Nanodrähte aus Kupfer in großer Menge herstellen lassen sollen. Die Nanodrähte sollen in Dünnfilmsolarzellen und biegsamen Displays verbaut werden.

Wissenschaftler der Duke Universität in Durham im Bundesstaat North Carolina haben ein Verfahren entwickelt, um Nanodrähte aus Kupfer einfach und günstig in großer Mengen herzustellen. Die Drähte sind durchsichtig und flexibel und sollen in Dünnfilmsolarzellen, Bildschirme sowie in flexible Displays integriert werden.

Nanodrähte aus wässriger Lösung

Die Wissenschaftler züchten die Nanodrähte aus Kupfer in einer wässrigen Lösung, in die sie verschiedene Zusätze hineingeben. "Wenn man verschiedene Chemikalien zu der Lösung hinzufügt, kann man die Anordnung der Atome in verschiedene Nanostrukturen beeinflussen", erklärt Projektleiter Benjamin Wiley. Zwar hätten, so die Forscher, auch andere schon Nanodrähte aus Kupfer produziert, jedoch in einem kleineren Maßstab.

Das Kupfer bildete erst eine Art Samenkorn, aus dem dann ein Spross herauswuchs. So ein Mechanismus sei, so die Wissenschaftler, noch nie bei kristallinem Wachstum beobachtet worden. Da die Nanodrähte flexibel seien und in einer wässrigen Lösung gezüchtet würden, glaubt Wiley, die Drähte könnten in einem Roll-to-Roll-Verfahren produziert werden. Für eine industrielle Produktion müsse das Verfahren jedoch weiterentwickelt werden. Unter anderem müssten Fehler wie Klumpenbildung und die Oxidation des Kupfers verhindert werden. Erstere verringert die Transparenz, Letztere die Leitfähigkeit.

Leitfähig und reichlich vorhanden

Bislang werden durchsichtige Elektroden für Dünnfilmsolarzellen und flexible Bildschirme aus Nanodrähten aus Kohlenstoff, Silber oder Indiumzinnoxid (Indium Tin Oxide, ITO) hergestellt. Kupferdrähte hätten diesen gegenüber aber einige Vorteile, erklärt Wiley. Kupfer habe eine bessere elektrische Leitfähigkeit als Kohlenstoff und sei günstiger als Silber oder Indium. "Für eine weite Verbreitung von elektronischen Geräten und Solarzellen brauchen wir Materialien, die im Überfluss in der Erdkruste vorhanden sind und deren Abbau nicht allzu viel Energie erfordert", sagt der Chemiker.

ITO habe zudem den Nachteil, dass es spröde sei und sich deshalb für flexible Bildschirme nicht eigne. Die Kupfernanodrähte hingegen seien auch nach 1.000fachem Biegen noch intakt gewesen, schreiben Wiley und seine Kollegen in einem Aufsatz im deutschen Fachmagazin Advanced Materials.