Dette er en ny teknologi, som kan revolutionere elektronik, mener firmaet CrayoNano, som skal videreudvikle og kommercialisere teknologi fra NTNU (Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet) i Trondheim.

Flere af de ansatte har baggrund som forskere fra NTNU, og i første omgang vil de vise, hvad teknologien er god for ved at lave solceller.

Nanotråde af halvlederen galliumarsenid

I et laboratorium på NTNU popper der noget op, som ligner små svampe. Men skovbunden er en supertynd flade af grafen, kulstofatomer i sekskantet hønsenetmønster.

Hatten på svampene er af grundstoffet gallium, men den nyttige del af nanosvampen er stilken. Den er bare en tusindedel millimeter tyk, og har helt specielle elektriske egenskaber.

Egenskaberne kommer ikke kun af den lille størrelse, men også af materialet; stoffet galliumarsenid.

Nanotynde tråde af halvlederstoffet galliumarsenid vokser som stilke på en svampehat af gallium. Disse stilke kan bruges i blandt andet effektive solceller og bøjelig elektronik. (Foto: CrayoNano)

Dette stof er en halvleder, som blandt andet bruges i transistorer og anden elektronik, og altså også i solceller.

Solcellerne bruges allerede i satellitter

»Vi udvikler næste generation af solceller med dette materiale,« siger dr. Dong-Chul Kim på NTNU. Han har en baggrund i elektronikgiganten Samsung og er nu projektleder i CrayoNano.

»Galliumarsenid giver en høj effektivitet i solceller, noget der godt kendt i forvejen,« supplerer han.

Dette bekræfter Trygve Mondstad, forsker ved Afdeling for solenergi på Institut for energiteknik (IFE) i byen Kjeller.

»Solceller af galliumarsenid (GaAs) bruges ofte i satellitter, hvor kravene til ydelse er store. Men galliumarsenid er et meget dyrere materiale end silicium, som almindelige solceller er lavet af,« siger han.

Lavere pris med nanotråde

Et regelmæssigt gitter af halvlederen galliumarsenid bygges op ud fra det sekskantede mønster af kulstofatomer i underlaget af grafen. (Foto: CrayoNano)

Her kan den specielle metode fra CrayoNano give en forbedring. Metoden er skildret i tidsskriftet Nano Letters.

»Vi har kun brug for ganske lidt materiale for at lave nanotråde. Dermed kan solcellerne få en mere rimelig pris,« siger Dong-Chul Kim.

Også det supertynde underlag af grafen giver store besparelser frem for et tykt underlag af galliumarsenid, som ellers ville skulle bruges.

»Når galliumarsenid er formet i tynde tråde, vil overfladen, som absorberer sollys, desuden blive meget større, end hvis stoffet var en plan flade. Dermed bliver materialeforbruget meget mindre end i almindelige solceller,« supplerer Tyngve Mondstad.

Flere lag suger solenergi

En anden fordel ligger i underlaget af grafen. Det er både en vældig god strømleder og er gennemsigtigt.

Nanotrådene vokser op fra grafenunderlaget. (Foto: CrayoNano)

»Næste trin i udviklingen bliver at lægge flere lag af dette materiale oven på hinanden. Hvert af lagene er gennemsigtige. De kan udstyres med hver sin type halvleder, som suger solstråler af forskellige farver til sig. Dermed bliver effektiviteten endnu bedre,« siger Dong-Chul Kim.

Bedre end grafen alene

Det nye hybridmateriale kan bruges til meget mere end solceller. Flere typer elektronik kan få nytte af superstoffet grafen.

Da grafen leder strøm så godt, har der været lavet forsøg på at lave datakredse af grafen alene. Men de forsøg har kun været delvist vellykkede. Grafen er ikke en specielt god halvleder.

Det nye hybridmateriale med tråde af halvlederen galliumarsenid på grafenunderlag kan løse dette problem. For at lave elektriske kredse, er der også brug for et toplag af elektriske kontakter, som binder kredsene sammen.

Bøjelige skærme og el-tøj

Da grafen er bøjelig, kan hybridmaterialet også bruges i for eksempel bløde dataskærme med LED-teknologi.

Galliumatomerne absorberes og samler sig til små dråbelignende enheder på grafenunderlaget. (Foto: CrayoNano)

Såkaldt e-papir, som er kendt fra Kindles eReader, har også været lavet i bøjelige varianter. Hidtil har de været lavet af polymer, men grafen leder strøm meget bedre.

Også tøj med indbyggte elektronik kan få nytte af det nye hybridmateriale. Grafen er superlet og meget stærkt og knækker ikke så let, når det foldes.

3D-elektronik med nanotråde i lag på lag

Længere frem i tiden ser Dong-Chul Kim lag på lag med grafen og halvledertråde, som laver datakredse i tre dimensioner.

Dette er et udgangspunkt for at producere halvlederkomponenter på en ny måde. Halvledere dyrket på grafen kan omforme hele halvlederindustrien, ifølge en pressemeddelelse fra CrayoNano.

»Der forskes i flere metoder til at gro nanotråde, og der er stadig mange praktiske problemer, som skal løses for at lave virkelige produkter af denne teknologi,« kommenterer Knut Aasmundtveit, som er lektor ved Institut for mikro- og nanoteknologi ved Høgskolen i Vestfold.

»Men dette lægger forskerne i CrayoNano ikke skjul på, og jeg synes det er en spændende teknologi, de har udviklet, som er værd at udvikle videre på,« siger Knut Aasmundtveit til forskning.no.

© forskning.no Oversættelse: Julie M. Ingemansson