通过在孔状锗材料中嵌入合适的有机材料，科学家可以根据需要来制作合适的混合太阳能电池。由于这种锗纳米结构会形成反蛋白石结构，因此这种材料会像猫眼石一样闪闪发光。

来源：Andreas Battenberg / TUM

通过使用一种新方法，来自慕尼黑工业大学和慕尼黑大学的研究人员可以制作非常薄，但是强度很高的多孔半导体层。这种半导体材料可用于制作小型质轻的柔性电池，也可以制作电极，可有效提高充电电池的性能。

慕尼黑工业大学无机化学学院Thomas Fässler教授手里展示的具有涂层的晶片就像闪闪发光的猫眼石。这种材料具有非常优异的性能：其坚硬程度可以和水晶媲美；由于孔隙度非常高，因此非常薄；且轻如鸿毛。通过在这种材料的空隙中嵌入合适的有机材料，科学家可以根据需要来制作合适的混合材料，以便获得想要的电学性能。这种设计不仅可以节约空间，同时也会创造大的界面，从而可以提高效率。“你可以想象一下，我们的原始材料就像一个多孔支架，具有蜂窝一样的结构。这些壁由无机半导体锗材料组成，这种材料可以生产和储存电荷。由于这种蜂窝状结构的壁非常薄，电荷移动的距离就非常短。”Fässler解释说。

新设计：自下而上而不是自上而下

但是，为了将易碎的坚硬的锗材料转换成柔性多孔层，研究人员不得不想了很多的办法。传统上来说，蚀刻工艺是一种常见的修饰锗材料表面结构的方法。然而，这种自上而下的方法在原子层面上来说非常难以控制。而新的方法解决了这个问题。Fässler及其团队想出了一种方法，可以精确地合成设计的结构，且重复性非常好。这种方法的原材料是锗原子材料，只要它们溶解就会相互排斥。只有在溶剂蒸发以后这种相互排斥才会消失。而这通过加热到500℃左右就能实现，或者通过加入氯化锗可以使其经过化学诱导实现。通过使用其他的氯化物，例如氯化磷就可以对这种锗材料结构进行掺杂。这使得研究人员可以直接调控纳米材料的性质。

微型合成小球可作为纳米模板

为了让锗团簇材料具有想要的孔状结构，慕尼黑工业大学的研究人员Dina Fattakhova-Rohlfing博士开发了一种方法来设计折后的纳米结构：在初始阶段使用微型高分子小球来形成三维模板。接下来，这种锗团簇材料溶液会填满这些小球之间的缝隙。一旦稳定的锗网状结构形成，通过加热可以将这些模板去除，而高孔隙度的纳米薄膜则保留下来。这些合成的高分子小球的直径大约为50到200纳米，可以形成一个蛋白石结构。而其表面形成的锗支架结构则是一种反蛋白石结构。因此，这种纳米层材料会像猫眼石一样闪闪发光。“这种孔状的锗材料具有独特的光学和电学性能，有很多能源相关的应用。除此之外，我们可以在孔隙中添加很多功能材料，从而创造出很多新颖的混合材料。”慕尼黑大学研究人员Dina Fattakhova-Rohlfing博士说。

纳米层材料为便携式光伏装置铺平道路

“通过和高分子材料结合，这种锗孔状结构可用于开发新型柔性太阳能电池，这种电池稳定性高，且非常轻盈，可用于智能手机、相机和手提电脑等。”慕尼黑工业大学教授Peter Müller-Buschbaum说。全世界的制造业都在寻找可用于太阳能电池的质轻的耐用材料。迄今为止我们使用的有机材料，其寿命相对较短。热量和有机材料的光解会引起其性能的退化。因此，这种超薄但耐用的锗混合材料就是一种很好的选择。

    可用于新电池系统的层状纳米材料

接下来，研究人员希望使用这种新型技术来制备高孔隙度的硅层。这种硅层正用于充电电池的阳极测试中。它们有望取代目前电池中使用的石墨层，从而提高其容量。 

新材料在线编译整理——翻译：杨超     校正：摩天轮