密堆积胶体晶体膜的壳赋能(SHELL‑ENABLED)垂直对准和精密组装制造技术

纳米线包括导电催化剂纳米粒子第一部分、半导体线第二部分、围绕所述第一部分的第一介电壳和围绕所述第二部分的第二介电壳或功能区。所述第二介电壳或功能区的材料不同于所述第一壳的材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】密堆积胶体晶体膜的壳赋能(SHELL-ENABLED)垂直对准和精密组装相关专利申请案的交叉参考本申请案主张2015年11月7日提出申请的美国临时申请案第62/076,913号的权利且其全部内容以引用方式并入本文中。
本专利技术一般来说涉及纳米线的组装和对准且具体来说涉及将壳赋能的垂直对准和组装的纳米线组装成密堆积胶体晶体膜。
技术介绍
于2013年10月17日公开且以引用的方式并入本文中的PCT公开申请案WO2013/155590A2阐述包括利用不同功能化合物功能化的多根纳米线的装置。所述方法包括用功能化合物功能化纳米线，将纳米线分散于极性或半极性溶剂中，使纳米线在衬底上对准以使得纳米线的纵轴大约垂直于衬底的主要表面定向，和将纳米线固定于衬底。
技术实现思路
实施例涉及纳米线，其包括导电催化剂纳米粒子第一部分、半导体线第二部分、围绕所述第一部分的第一介电壳和围绕所述第二部分的第二介电壳或功能区。第二介电壳或功能区的材料不同于所述第一壳的材料。另一实施例涉及形成纳米线密堆积结构的方法，其包括提供包含具有晶种部分和纳米线部分的纳米线的纳米线批料，和形成囊封纳米线批料中纳米线的一个部分的第一壳和形成囊封纳米线批料中纳米线的第二部分的第二壳或功能区。第二壳或功能区材料不同于第一壳材料。另一实施例涉及形成纳米线密堆积结构的方法，其包括提供包含具有晶种部分和纳米线部分的纳米线的纳米线批料，形成囊封纳米线批料中的纳米线的介电壳和使纳米线垂直于第一液体与第二液体、固体或空气中的一者的界面定向并对准。另一实施例涉及光伏打装置，其包含含有环绕纳米线的不同壳的纳米线。另一实施例涉及包含囊封于壳中的纳米线的纳米线批料，其中个别纳米线之间的间距由壳的厚度控制。附图说明图1是根据实施例纳米线的经对准组合件的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。图2A-2C是制作具有不同壳结构的纳米线的方法的示意图。图3A是经囊封纳米线的示意图且图3B-3E是图解说明囊封在均匀二氧化硅壳中的纳米线且展示可如何控制大小且由此间距的显微照片。图4A-4D是具有围绕晶种粒子选择性形成的聚苯乙烯壳的纳米线的显微照片。图5是捕获和对准纳米线组合件的方法的示意图。图6是对准和组装纳米线的另一方法的示意图。图7是捕获和对准纳米线组合件的方法的示意图。图8是根据实施例的太阳能电池的示意性侧视剖视图。图9是根据实施例捕获和对准纳米线组合件的方法的示意图。图10是胶体晶体的显微照片，其由于200nm的围绕各纳米线的壳大小而具有约600nm的中心间间距。具体实施方式本专利技术者认识到，优选的可形成不同壳结构而非纳米线(“NW”)上的不同部分上不同功能以获得具有不同物理性质的独特纳米线(“NW”)部分。这些纳米线可用于形成油墨，其允许纳米线在两相系统(例如2014年4月29日提出申请并以整体引用的方式併入本文中的瑞典(Swedish)专利申请案第SE1430057-8号中所述的两相系统)中对准。通过形成壳(例如，厚度为至少2nm的连续层)而不是WO2013/155590中所述的单层功能化涂层，可控制经密堆积和定向组合件中的NW之间的间距。通过密堆积(即，邻近纳米线的壳彼此接触的情形)，每一NW的角度偏移同样可能是最低的。因此，形成在液体/液体、液体/固体或液体/空气界面处定向且具有定义间距的垂直对准纳米线组合件的问题可通过使用囊封于不同壳中的纳米线来解决。也就是说，壳包含第一材料的第一部分和不同的第二材料的第二部分。在实施例中，第一壳材料大体上覆盖纳米线的晶种部分(即，金属或金属合金催化剂纳米粒子，例如金纳米粒子)，且第二壳材料大体上覆盖纳米线的“线”(例如，半导体材料)部分。此外，此问题还通过将纳米线囊封于部分壳中来解决，其中所述壳包含仅覆盖纳米线的晶种部分或纳米线的线部分的材料。未被壳覆盖的部分可根据WO2013/155590经表面功能化以使得未经覆盖的部分大体上不同于纳米线的壳覆盖部分。在实施例中，第一材料的表面性质大体上不同于第二材料的表面性质，如下文更详细讨论。表面性质的此差异促进在液体/液体、液体/固体或液体/空气界面处定向。第一壳和第二壳或功能区材料以及界面材料的性质决定纳米线的定向。在一个实施例中，第一和第二壳材料是不同的绝缘材料且不是半导体材料。第一和第二材料可为有机或无机绝缘材料，例如聚合物、玻璃或陶瓷绝缘材料。第一壳材料可为有机材料(例如聚合物材料)，而第二壳材料可为无机玻璃或陶瓷材料，例如非晶形或结晶氧化硅(例如，二氧化硅、SiO2)。此外，通过用壳环绕纳米线，可实现具有较窄大小分布和改变的纵横比(纳米线的宽度和长度之间的比例)的纳米线批料。通过以此方式改变纳米线的几何形状，促进自发自组装，此可进一步导致更大区域的胶体结晶。壳的大小决定密堆积纳米线之间的间距。组装过程可通过使用机械方式(例如，朗缪尔-布洛杰特(Langmuir-Blodgett)(LB)槽和/或热对流)进一步帮助。在实施例中，形成(A)在液体/液体或液体/空气界面处定向且具有(B)经定义间距的垂直对准纳米线组合件的问题是通过将纳米线囊封于壳中来解决，其中壳包含第一材料和第二材料。第一材料大体上覆盖纳米线的晶种部分(例如，催化剂纳米粒子)且第二材料大体上覆盖纳米线的半导体线部分。邻近纳米线之间的间距可通过壳的厚度控制。第一材料的表面性质优选大体上不同于第二材料的表面性质以促进在液体/液体或液体/空气界面处定向。问题(A)是通过将纳米线囊封于不同壳中解决，而问题(B)是独立地通过显著壳厚度来解决，无论是否使用不同壳。对准：通过纳米线囊封改变纳米线的几何形状允许较窄、更均匀的粒度分布。粒度分布的较窄铺展允许较好对准和/或纳米线在较大区域上以较少缺陷对准。改变几何形状还改变NW的纵横比。较低纵横比允许较好的对准和/或NW在较大区域上具有较少缺陷的对准。。定向：定向均一性的水平是由壳厚度、由不同壳或在未被壳覆盖的部分上具有额外表面功能化的部分壳引入的不同性(differentiality)和/或液体/空气界面的特征决定。间距：控制壳大小导致纳米线之间的受控间距。个别纳米线的分离：在组装时，半导体纳米线或金属催化剂粒子由于绝缘壳而无法接触其它半导体纳米线或催化剂粒子且由此彼此短路。换句话说，由于半导体纳米线和金属催化剂粒子囊封于绝缘壳中，因此仅绝缘壳彼此接触。严格的化学处置：利用更多样化的化学品环绕壳允许纳米线油墨的更好控制和操纵。例如，与GaAs表面相比，二氧化硅表面通常更易于处理。不同壳：不同壳允许伴随均匀壳且进一步包括纳米线的极性性质的优点。极性性质可用于纳米线的定向和组装。表面钝化：囊封壳可引起纳米线发生表面钝化。可控的几何形状和狭窄的相对大小分布：当纳米线囊封于壳中时，几何形状可得到控制且大小可明显变大。油墨已具有一定大小分布，且虽然囊封于壳中后的绝对大小分布可相同，但是相对大小分布变得小得多，尤其是宽度。纳米线前体：经囊封的纳米线结构对纳米线批料(没有壳的线)的几何分布的要求不太严格，无论所述纳米线批料是通过喷雾外延(aerotaxy)、MOCVD还是其它方法制作。而且，就可使用在长度上具有较大分布的纳米线批料而不会遇到短路问题的意义来说，经囊封的纳米线结构开辟了参数空间。也就是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米线，其包含：导电催化剂纳米粒子第一部分；半导体线第二部分；围绕所述第一部分的第一介电壳；和围绕所述第二部分的第二介电壳或功能区，其中所述第二介电壳或功能区的材料不同于所述第一壳的材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.07 US 62/076,9131.一种纳米线，其包含：导电催化剂纳米粒子第一部分；半导体线第二部分；围绕所述第一部分的第一介电壳；和围绕所述第二部分的第二介电壳或功能区，其中所述第二介电壳或功能区的材料不同于所述第一壳的材料。2.根据权利要求1所述的纳米线，其中所述第二介电壳位于所述第二部分周围。3.根据权利要求2所述的纳米线，其中所述第二介电壳比所述第一壳更亲水或更疏水。4.根据权利要求3所述的纳米线，其中所述第一介电壳包含有机材料且所述第二介电壳包含无机材料，且所述有机材料比所述无机材料更疏水。5.根据权利要求4所述的纳米线，其中所述无机材料包含二氧化硅且所述有机材料包含聚合物。6.根据权利要求1所述的纳米线，其中所述功能区位于所述第二部分周围，且所述功能区比所述第一壳更亲水或更疏水。7.一种根据权利要求2所述的垂直对准密堆积纳米线的批料，其中邻近纳米线的所述第二介电壳彼此接触且其中个别纳米线之间的间距是由所述第二壳的厚度控制。8.一种PV吸收膜，其包含权利要求7中的所述核壳纳米线。9.一种薄膜太阳能电池，其包含权利要求7中的所述纳米线。10.一种串联太阳能电池，其中上部电池包含根据权利要求9所述的薄膜太阳能电池。11.一种形成纳米线密堆积结构的方法，其包含：提供包含具有晶种部分和纳米线部分的纳米线的纳米线批料；和形成囊封纳米线批料中所述纳米线的一部分的第一壳和形成囊封纳米线批料中所述纳米线的第二部分的第二壳或功能区，其中所述第二壳或功能区材料不同于所述第一壳材料。12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包含使所述纳米线在液体/液体、液体/固体或液体/空气界面处定向和对准，其中所述纳米线的所述对准垂直于所述界面。13.根据权利要求12所述的方法，其中选择所述界面材料，使得所述壳部分中的一者与液体相互作用且另一壳部分或功能区与固体相互作用。14.根据权利要求12所述的方法，其中所述纳米线的所述定向是由所述第一壳材料和所述第二壳或功能区材料的配置和所述界面材料的性质决定，其中选择所述界面材料，使得所述壳部分中的一者与所述界面材料中的一者相互作用且另一壳部分或功能区与另一界面材料相互作用。15.根据权利要求12所述的方法，其中将所述经定向和对准的纳米线转移到固体衬底。16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包含将含有所述经定向和对准的纳米线的所述固体衬底提供给太阳能电池。17.根据权利要求11所述的方法，其中形成所述第二壳或功能区包含形成所述第二壳，且个别纳米线之间的间距是由所述第二壳的厚度控制。18.根据权利要求11所述的方法，其中所述纳米线具有大体上单向定向。19.根据权利要求11所述的方法，其中所述纳米线是半导体纳米线。20.一种包含纳米线的光伏打装置，所述纳米线包含环绕所述纳米线的不同壳。21.根据权利要求20所述的光伏打装置，其中：所述纳米线各自包含晶种部分和线部分；所述不同壳包含环绕所述晶种部分的第一壳和环绕所述线部分的第二壳；所述第一壳包含第一材料；所述第二壳包含第二材料；且所述第一和第二材料不同。22.根据权利要求20所述的光伏打装置，其中选择所述壳的厚度，使得如从一根纳米线的中点到下一根的中点所测量的所述纳米线的平均间距大于200nm且小于700nm。23.根据权利要求20所述的光伏打装置，其中所述纳米线...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌梅亚尔·纳西姆，克劳斯·孔泽，
申请(专利权)人：索尔伏打电流公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE