Barbara, Borbála
-6 °C
3 °C

Véletlenül felfedezett napelemek

2006.01.03. 16:16
A cinkoxid felület vezetővé tételének módszerét véletlenül találták meg német kémikusok. Kísérleteik során a bochumi egyetem professzora, Christof Wöll és munkatársai megállapították, hogy szobahőmérsékleten a hidrogénatomok a cinkoxid felületen kizárólag az oxigénatomokkal reagálnak, mintegy kiszemezve őket a cinkatomok közül.

A cinkoxid felületek vezetővé tételének pofonegyszerű eljárását dolgozták ki a bochumi egyetem kutatói. A kísérletek során a szigetelő cinkoxidból vezető válik. Ez a felfedezés napelemek és hidrogénszenzorok fejlesztéséhez adhat lökést. A kísérleteikről szóló beszámolót a bochumi kutatók a Physical Review Letters szaklapban ismertetik.

Sok alkalmazáshoz, így például a napelemekben átlátszó, de vezetőképes anyagokra van szükség. A klasszikus vezetők, a fémek viszont átlátszatlanok, ezért alkalmatlanok a feladatra.

Gőzölés az egyetlen

A kutatók ezért érdeklődnek hosszabb ideje a megfelelő fémoxidok iránt. Az ilyen oxidok viszont rendszerint vezetés helyett jó szigetelő képességgel rendelkeznek. Az oxidált csatlakozók minden autótulajdonos rémei, emlékeztet az Umweltjournal.de híroldal.

Van viszont néhány kivétel. Az átlátszó indium-ón-oxid vezetőképes, és már számos alkalmazásban használatos. A napelemek vezetőrétegét viszont a felületekre, például a gyakran alkalmazott cinkoxidra, külön munkafolyamatban, gőzöléssel szükséges felvinni.

A bochumi egyetem fizikai kémiai intézetének kutatói rájöttek, hogy egyszerűbben is vezetőképessé tehetőek a cinkoxid felületek. Kis mennyiségű hidrogén elegendő ahhoz, hogy a felületet vékonyrétekben fémessé tegyék.

Az eljárás kidolgozása tulajdonképpen a véletlennek köszönhető, jelentette ki Christof Wöll. A vizsgálatok fő célja a cinkoxid felületek kémiai tulajdonságainak feltérképezése volt, különösen a metanol szintézisével összefüggésben.

"Kicsipegeti a zokszigént"

A kutatók szélsőségesen nagy vákumban, elemi hidrogénnel végzett kísérleteik során felfedezték, hogy a hidrogén szobahőmérsékleten csak a cinkoxid felületében levő oxigénatomokkal reagál, miközben felszabadulnak a cinkatomok. A felületen képződő OH-csoportok nem tudnak mit kezdeni a szomszédos fématomokkal.

Az egyetem elméleti kémiai tanszékén elvégzett számítások szerint ez az elrendezés szabad elektronok kialakulásához vezet. A cinkatomok mellől ugyanis hiányzik a szomszédjuk, akivel újabb kötést létesíthetnének. Ennek fontos következménye, hogy az elektronok így már szabadon mozoghatnak, a szigetelő cinkoxidból elektromos vezető válik.

Mivel a cinkoxid rendkívüli jelentőséggel bír a napelemek gyártásában, a kutatók arra számítanak, hogy az eredményeik lökést adhatnak új típusú napelemek kifejlesztéséhez. Ezen kívül az eredmények első alkalommal engednek mélyebb bepillantást a hidrogénszenzorok működésébe, amelyek szintén cinkoxidon alapulnak.