Ein Forschungsteam entwickelte hybride Bio-Nanostrukturen und verwendete sie dann zur Herstellung von faserigen Solarzellen (FSCs) und faserigen organischen Leuchtdioden (FOLEDs), die über einen weiten Temperaturbereich von minus 80 Grad Celsius bis 150 Grad Celsius eine hohe Leistung und Stabilität zeigten. Das Team berichtete von einer 40-prozentigen Steigerung der Leistungsumwandlungseffizienz (PCE) der FSCs und einer 47-prozentigen Steigerung der externen Quanteneffizienz (EQE) der FOLEDs.
Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Journal Kleine Strukturen. Zum Forschungsteam gehören Dr. Jae Ho Kim und Dr. Myungkwan Song von der Abteilung für Energie- und Umweltmaterialienforschung am Korea Institute of Materials Science (KIMS) in Zusammenarbeit mit Professor Jin-Woo Oh von der Pusan National University und Professor Jin Woo Choi von der Kongju National University.
Das zur Beschichtung metallischer Nanopartikel häufig verwendete Spin-Coating-Verfahren ermöglicht die schnelle und einfache Herstellung dünner Filme. Allerdings hat dieses Verfahren den Nachteil, dass es nicht gelingt, metallische Nanopartikel gleichmäßig und geordnet zu beschichten.
Um dieses Problem zu lösen, synthetisierte das Team den „M13-Bakteriophagen“, ein Biomaterial, das die Eigenschaft besitzt, Metallnanopartikel gleichmäßig und geordnet anzuordnen. Der M13-Bakteriophage besitzt aktive Gruppen, die an Metallkationen binden und so eine gleichmäßige Anordnung aller Metallkationen gewährleisten.
Als Ergebnis weist die aus dem Bakteriophagen M13 synthetisierte hybride Bio-Nanostruktur eine hohe Stabilität in Luft und Feuchtigkeit auf und ermöglicht leistungsstarke FSCs und FOLEDs. Darüber hinaus wurde bestätigt, dass sie in extremen Umgebungen (-80 °C und 150 °C) hervorragende Eigenschaften und Waschbeständigkeit aufweist.
Der Bakteriophage M13 kann in verschiedenen elektronischen Geräten eingesetzt werden, darunter piezoelektrische Geräte, Solarzellen, Sensoren und organische Leuchtdioden. Ein besonderes Merkmal dieser Technologie ist ihre Fähigkeit, Metallnanopartikel bei Verwendung hybrider Bionanostrukturen einfach anzuordnen und auszurichten. Sie kann auch den plasmonischen Oberflächeneffekt maximieren, wodurch sie für eine breite Palette elektronischer Geräte anwendbar ist.
Wenn diese Technologie zur Beschleunigung der Lokalisierung und Massenproduktion eingesetzt wird, dürfte sie den Herstellern elektronischer Geräte erhebliche wirtschaftliche Vorteile bringen.
Song, einer der leitenden Forscher und Leiter dieser Forschung, sagte: „Durch die Verwendung hybrider Bio-Nanostrukturen können wir sowohl die Leistung als auch die Stabilität im Bereich elektronischer Geräte verbessern.“
„Es wird erwartet, dass es in der Zukunft in verschiedenen Bereichen wie Sensormaterialien sowie Materialien zur Energieerzeugung und -speicherung eingesetzt wird.“
Mehr Informationen:
Jae Ho Kim et al, Neue Strategie zur Effizienzsteigerung flexibler optoelektronischer Geräte mit gentechnisch verändertem M13-Bakteriophagen, Kleine Strukturen (2024). DOI: 10.1002/sstr.202400007