AMOLF-onderzoekers maken transparante geleiders door stempelen en groeien

Onderzoekers van het FOM-instituut AMOLF hebben een nieuwe techniek ontdekt voor het maken van transparante geleiders in elektronische apparaten, zoals zonnecellen en smartphones. De methode is een combinatie van een stempelmechanisme op de nanoschaal en een chemisch proces. In vergelijking met bestaande productiemethoden, leidt deze nieuwe techniek tot een beter geleidend product tegen lagere kosten. De onderzoekers publiceren hun resultaten op 3 december in het tijdschrift Advanced Materials.

Stempelen gevolgd door chemisch proces in water
De onderzoekers gingen voor het nieuwe proces uit van een combinatie van twee bestaande technieken. Met de stempeltechniek Substrate Conformal Imprint Lithography, afkomstig van een samenwerking tussen Philips en AMOLF, stempelden ze een patroon in een dunne laag plexiglas bovenop een glazen ondergrond. Het resultaat heeft veel weg van een landschap op de nanoschaal: een oppervlak dat doorkruist wordt door aan elkaar gekoppelde kanalen. De onderzoekers vulden vervolgens de minuscule kanalen in het landschap met zilver, door middel van een chemisch proces dat bekend staat als ‘Tollens reactie’. Na het verwijderen van het plexiglas, blijft een zilveren elektrisch geleidende constructie achter op de glazen ondergrond. De patronen van deze geleider zijn kleiner dan de golflengte van licht, waardoor ze geen kleuren uit het lichtspectrum weerkaatsen. Deze eigenschap maakt de geleider transparant.

Voordelen
De nieuwe techniek biedt een aantal voordelen. Het netwerk bestaat uit zilveren kristallen die keurig naast elkaar liggen en bijna net zo breed zijn als de gestempelde kanaaltjes. Dit betekent dat er redelijk weinig grenzen zijn tussen de kristallen, waardoor de elektronen gemakkelijk hun weg kunnen vinden door het netwerk. Daardoor kent de techniek een drie keer zo goede geleiding ten opzichte van een conventionele methode, die gebaseerd is op het opdampen van metalen. Bij dit opdampen gebruiken onderzoekers ook roosters met nanopatronen, waarop ze metalen laten neerslaan door verhitting. Hierbij gaat een deel van de metalen verloren en het opdampen kost veel energie.

AMOLF-postdoc Beniamino Sciacca: “Wij combineren het beste van twee werelden. De structuren met nanopatronen hebben hun waarde bewezen en blijven onderdeel van het proces, maar het aanbrengen van de metalen laag op de structuur gaat beter in een oplossing. We verliezen minder metaal en het is energiezuiniger.” Projectleider Erik Garnett: “Ik denk dat er gezien de vele voordelen een goede kans is dat de techniek zijn weg vindt naar een toepassing op de markt, zoals zonnecellen, tablets en smartphones.”

Referentie:
Beniamino Sciacca, Jorik van de Groep, Albert Polman and Erik C. Garnett
Solution-grown Silver Nanowire Ordered Arrays as Transparent Electrodes
Advanced Materials (20015) | DOI: 10.1002/adma.201504045