JP6473232B2 - シェルで可能にされた垂直整列、および密に詰まったコロイド状結晶膜の精密集合体 - Google Patents

シェルで可能にされた垂直整列、および密に詰まったコロイド状結晶膜の精密集合体 Download PDF

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Description

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１５年１１月７に出願された米国仮特許出願第６２／０７６，９１３号の利点を請求し、かつ参照によって本願にその全体が組み込まれるものとする。
［技術分野］
本願発明は、一般に、ナノワイヤの集合および整列に関し、特に、シェルで可能にされた垂直整列の集合、および密に詰まったコロイド状結晶膜中のナノワイヤの集合に関する。
２０１３年１０月１７日に公開され、参照によって本願に組み込まれる国際公開第２０１３／１５５５９０号は、異なる機能化化合物で機能化された複数のナノワイヤを含む装置を記載している。方法は、機能化化合物を有するナノワイヤを機能化すること、ナノワイヤを極性溶媒または半極性溶媒に分散すること、ナノワイヤの長手軸が基板の主面に対して略垂直に配向されるように基板上にナノワイヤを整列させること、および基板にナノワイヤを固定することを含んでいる。
実施形態はナノワイヤに注目されており、ナノワイヤは、導電性触媒ナノ粒子の第１位置、半導体ワイヤの第２位置、第１位置の周りの第１誘電体シェル、および第２位置の周りの第２誘電体シェルまたは機能化を含んでいる。第２誘電体シェルまたは機能化の材料は、第１シェルの材料と異なる。
別の実施形態は、ナノワイヤの密に詰まった構造の形成方法に注目されており、方法は、シード位置およびナノワイヤ位置を有するナノワイヤを含むナノワイヤの一群を提供すること、およびナノワイヤの一群中のナノワイヤの第１部分をカプセル化する第１シェルを形成すること、およびナノワイヤの一群中のナノワイヤの第２部分をカプセル化する第２シェルまたは機能化を形成することを含んでいる。第２シェルまたは機能化の材料は第１シェルの材料と異なる。
別の実施形態は、ナノワイヤの密に詰まった構造の形成方法に注目されており、シード部分およびナノワイヤ部分を有するナノワイヤを含むナノワイヤの一群を提供すること、ナノワイヤの一群中のナノワイヤをカプセル化する誘電体シェルを形成すること、および第２液体、固体、または空気の１つに対する第１液体の界面に対して垂直にナノワイヤを配向および整列させることを含んでいる。
別の実施形態は、ナノワイヤを取り囲んでいる異なるシェルを含むナノワイヤを備える光起電力装置に注目されている。
別の実施形態は、シェルにカプセル化されたナノワイヤを含むナノワイヤの一群に注目されており、個々のナノワイヤの間の間隔が、シェルの厚さによって制御されている。
図１は、実施形態に係るナノワイヤの整列した集合体の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。
図２Ａ−図２Ｃは、異なるシェル構造を有するナノワイヤの作製方法の概略図である。
図３Ａは、カプセル化されたナノワイヤの概略図であり、および図３Ｂ−図３Ｅは、均一シリカシェルにカプセル化されたナノワイヤを示し、かつ、どれぐらいのサイズで、およびそれによって間隔が制御され得るかを示す像である。
図４Ａ−図４Ｄは、シード粒子の周りに選択的に形成されたポリスチレンシェルを有するナノワイヤの像である。
図５は、ナノワイヤの集合体を捕集し、かつ整列させる方法の概略図である。
図６は、ナノワイヤを整列させ、かつ集合させる方法の概略図である。
図７は、ナノワイヤの集合体を捕集し、かつ整列させる方法の概略図である。
図８は、実施形態に係る太陽電池の側断面の概略図である。
図９は、実施形態に係るナノワイヤの集合体を捕集し、かつ整列させる方法の概略図である。
図１０は、各々のナノワイヤの周りのシェルサイズが２００ｎｍのための約６００ｎｍの中心と中心の間隔を有するコロイド状結晶の像である。
本発明は、異なる物性を有する別個のナノワイヤ（「ＮＷ」）位置を得るように、異なる位置のナノワイヤ（「ＮＷｓ」）上の異なる機能化よりむしろ、異なるシェル構造を形成することが好ましくなり得ることを実現した。これらのナノワイヤは、インクを形成するために使用され得、インクは、２０１４年４月２９に出願され、かつ参照によって本願にその全体が組み込まれるスウェーデン国特許出願番号ＳＥ１４３００５７−８に記載されている２相系のような２相系中のナノワイヤの整列を可能とする。
国際公開第２０１３／１５５５９０号に記載されるような単層機能化コーティングに代わって、シェル（例えば、少なくとも２ｎｍの厚さを有する連続層）を形成することによって、密に詰まり、かつ配向された集合体中のＮＷｓ間の間隔を制御することができる。密に詰めること（すわなち、隣接するナノワイヤのシェルが互いに接触する）によって、各々のＮＷの角度オフセットがそのうえ最小となり得る。
したがって、規定された間隔を有し、液体／液体、液体／固体、または液体／空気界面に配向された垂直整列ナノワイヤの集合体を形成することの問題は、異なるシェル中のカプセル化されたナノワイヤを使用することによって解決され得る。すなわち、シェルは、第１材料の第１位置および異なる第２材料の第２位置を含んでいる。実施形態において、第１シェル材料は、ナノワイヤのシード位置（すなわち、金属または金属合金触媒ナノ粒子、例えば、金ナノ粒子）を実質的に覆い、かつ第２シェル材料は、ナノワイヤの「ワイヤ」（例えば、半導体材料）位置を実質的に覆う。さらに、問題は、シェルがナノワイヤのシード位置またはナノワイヤのワイヤ位置のいずれかだけ覆う材料を含んでいる、部分シェル中にカプセル化されたナノワイヤによっても解決される。シェルによって覆われない部分は、国際公開第２０１３／１５５５９０号に従い表面機能化され得、ナノワイヤのシェルで覆われた部分と実質的に異なる覆われてない部分を作る。実施形態において、第１材料の表面特性は、第２材料の表面特性と実質的に異なり、以下で詳細に議論される。表面特性のこの相違は、液体／液体、液体／固体、または液体／空気界面における配向を容易にする。第１シェル、および、第２シェルまたは機能化の材料の特性、および界面材料は、ナノワイヤの配向を決定する。
一実施形態において、第１および第２シェル材料は、異なる絶縁材料であり、かつ半導体材料ではない。第１および第２材料は、有機または無機の絶縁材料であり得、例えば、ポリマー、ガラス、またはセラミックの絶縁材料である。第１シェル材料は、有機材料であり得、例えば、ポリマー材料であり、一方で、第２シェル材料は、無機ガラスまたはセラミック材料であり得、例えば、アモルファスまたは結晶シリコン酸化物（例えば、シリカ、ＳｉＯ２）である。
さらに、ナノワイヤをシェルで取り囲むことで、狭いサイズ分布および変更されたアスペクト比（ナノワイヤの幅と長さの間の比）の両方を有するナノワイヤの一群が達成され得る。このようにナノワイヤの幾何学を変更することによって、自然な自己集合が促進され、大面積でコロイド状の結晶化にさらに導き得る。シェルのサイズは、密に詰まったナノワイヤの間の間隔を決定する。集合プロセスは、ラングミュア−ブロジェット（ＬＢ）トロフのような機械的手段、および／または熱対流を使用することによって、さらに促進され得る。
実施形態において、（Ａ）液体／液体、または液体／空気界面に配向され、（Ｂ）規定された間隔を有する、垂直整列ナノワイヤの集合体を形成することの問題は、シェルにナノワイヤをカプセル化して解決され、シェルは第１材料および第２材料を含んでいる。第１材料は、ナノワイヤのシード部分（例えば、触媒ナノ粒子）を実質的に覆い、かつ第２材料は、ナノワイヤの半導体ワイヤ部分を実質的に覆う。隣接するナノワイヤの間の間隔は、シェルの厚さによって制御され得る。第１材料の表面特性は、第２材料の表面特性と好ましくは実質的に異なり、液体／液体、または液体／空気界面で配向を容易にする。問題（Ａ）は、異なるシェルにナノワイヤをカプセル化することによって解決され、一方、問題（Ｂ）は、異なるシェルの使用にかかわらず、十分なシェルの厚さによって独立して解決される。
整列
ナノワイヤのカプセル化におけるナノワイヤの幾何学を変更することは、より狭い、より均一な粒子サイズ分布を可能とする。粒子サイズ分布のより狭い広がりは、より良い整列、および／または、より少ない欠陥を有するより大きい面積上のナノワイヤの整列を可能とする。幾何学を変更することは、また、ＮＷｓのアスペクト比を変更する。より小さいアスペクト比は、より良い整列、および／または、より少ない欠陥を有するより大きい面積上のＮＷｓの整列を可能とする。
配向
配向均一性のレベルは、シェルの厚さ、異なるシェルまたはシェルによって覆われていない部分上の追加の表面機能化を有する部分シェルによって導入される差異、および／または、液体／空気界面の特徴によって決定される。
間隔
シェルサイズの制御は、ナノワイヤの間の制御された空間を導く。
個々のナノワイヤの単離
集合されたとき、半導体ナノワイヤ、または金属触媒粒子は、他の半導体ナノワイヤ、または触媒粒子と接触することができず、かつそれによって絶縁体シェルのため互いにショートし得ない。つまり、半導体ナノワイヤおよび金属触媒粒子は、絶縁体シェル中にカプセル化されており、絶縁体シェルだけが互いに接触する。
精密な化学操作
さらに多様な化学的性質を有する、取り囲んでいるシェルは、より良い制御およびナノワイヤインクの操作を可能とする。例えば、ＧａＡｓ表面よりシリカ表面と働くことは、一般に簡単である。
異なるシェル
異なるシェルは、均一なシェルを備え、かつ、ナノワイヤの極性特性をさらに含む、利点を可能にする。極性特性は、ナノワイヤを配向し、かつ集合させるように使用され得る。
表面パッシベーション
カプセル化シェルは、ナノワイヤの表面パッシベーションを導き得る。
制御された幾何学および狭くされた相対的サイズ分布
ナノワイヤがシェルにカプセル化されるとき、幾何学は、制御され得、およびサイズは、十分大きくされ得る。インクは、すでに、サイズ分布を有し、および、一方で、絶対的サイズ分布は、シェルにカプセル化された後、同じなり得、相対的サイズ分布は、特に幅においてより小さくなる。
ナノワイヤ前駆体
カプセル化されたナノワイヤ構造は、エアロタキシ（ａｅｒｏｔａｘｙ）、ＭＯＣＶＤ、または他の方法で製造される、ナノワイヤの一群（シェルなしのワイヤ）の幾何学分布上のあまり厳しくない要件を出す。また、カプセル化されたナノワイヤ構造は、長さにおいて大きな分布を有するナノワイヤの一群が、ショートする問題に陥ることなく使用され得る意味でパラメータ空間を開ける。すなわち、少数のナノワイヤが極端にエッチングされるなら、それは問題はなく、それらは単に全効率に寄与しない。付加的に、エアロタキシプロセスまたはＭＯＣＶＤ成長の間にシェルを形成する必要はない。
ナノワイヤを覆う異なるシェルは、２相整列（例えば、液体／液体または液体／空気）、続いて、蒸発誘導された自己集合を使用して整列され得る。また、シェルは、種々の化学反応によって形成され得、以下で詳細が議論される。
化学反応の例は、ナノワイヤのワイヤ部分の周りのシリカ第２シェル材料を形成するシリカ化学、およびナノワイヤの第２位置にポリマー第１シェル材料を形成する原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）化学を含んでいる。したがって、無機シリカ化学およびポリマー化学のような化学反応が、シェル形成のために利用され得る。代替的に、界面活性剤の化学がシェル形成のために使用され得る。シリカおよびポリマーのシェルが例として上述されるが、他の無機（例えば、アルミナまたはシリコンナイトライド）、または有機絶縁材料もシェル形成のために使用される。好ましくは、１つのシェルの材料は、他のシェルまたは機能化の材料より、疎水性または親水性である。
２つの異なるシェルが、ナノワイヤの異なる特性／材料の利用によって選択的に形成され得る。つまり、１つの材料の表面（例えば、金属触媒粒子または半導体ナノワイヤ）は、第１シェルを選択的に形成するために使用され得、および、他の材料の表面（例えば、半導体ナノワイヤまたは金属触媒粒子）は、第２シェルまたは機能化を選択的に形成する。
第１シェルは親水性であり得、一方で第２シェルまたは機能化が疎水性である、またはその逆である。実施形態において、ナノワイヤの第１部分（例えば、金属触媒粒子または半導体ナノワイヤ）が親水性または疎水性のいずれかである絶縁体シェルを含み、一方でナノワイヤの残りの第２部分（例えば、半導体ナノワイヤまたは金属触媒粒子）がナノワイヤの第２部分を絶縁体シェルのそれと反対の親水性または疎水性にする化合物のいずれかと機能化され得る。疎水性の機能化化合物は、アルカン類、またはフルオロ化合物類、例えば、ペルフルオロデカンチオール、ペンタンチオール、ドデシルトリクロロシラン、ステアリン酸、デシルホスホン酸、５−（１，２−ジチオラン−３−イル）−Ｎ−ドデシルペンタンアミド、ドデシル硫酸ナトリウム、または、トリフェニルホスフィン、オクタデシルチオールを含むが、これらには限定されない。親水性の機能化化合物は、硫酸塩類、リン酸塩類、カルボン酸塩類、アミン類、または、ポリエーテル類、例えば、メルカプトプロパンスルホン酸ナトリウム、メルカプトエタンスルホン酸ナトリウム、メルカプトアルカンコハク酸（２−メルカプトコハク酸）、メルカプトアルカンアミン、（１１−メルカプトウンデシル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルアンモニウムブロミド、（１２−ホスホノドデシル）ホスホン酸、（±）−１，２−ジチオラン−３−ペンタン酸、（２−アンモニオエチル）ジ−ｔｅｒｔ−ブチルホスホニウムビス（テトラフルオロホウ酸）、（３−アミノプロピル）トリエトキシシラン、または１２−メルカプトドデカン酸を含むが、これらには限定されない。
反応パラメータを調節することによって、シェルのサイズおよび形状が制御され得、ナノワイヤの間の成し遂げられた間隔の制御をもたらす。
一実施形態において、異なるシェルは、ナノワイヤの周りに配置され、ナノワイヤ間の間隔をもたらし、その異なる特性を保持する。
一実施形態において、部分シェルは、ナノワイヤのシードまたはワイヤ部分のいずれかの周りに配置され得、およびシェルの表面特性が表面機能化と実質的に異なるように、覆われてない部分は機能化された表面である。シェルは、表面機能化に対して実質的に親水性であり得、表面機能化は、今度は、シェルに対して実質的に疎水性である。部分シェルは、ナノワイヤ間の間隔をもたらし、ナノワイヤの異なる特性を保持する。
第１シェルカプセル化実施形態
図２Ａに示す第１の実施形態において、ナノワイヤ１０８のシード部分１０８Ａは、第１材料によって実質的に覆われ、例えば、９５％超覆われ、例えば、９８％超覆われ、第１シェル１０７を形成する。これは、シード部分１０８Ａをシード１０８Ａに選択的に結合するリガンドで覆うことによってなされ得る。実施形態において、シード１０８Ａは、Ａｕ（例えば、金ナノ粒子）を含んでいる。Ａｕ特定リガンド、ビス［２−（２’−ブロモイソブチリルオキシ）エチル］ジスルフィドがそれを選択的に覆うために使用され、第１シェル１０７を形成する。リガンドは、モノマーとしてのスチレン、および、不活性条件下で１３０℃の高温で触媒として作用する、ＣｕＢｒとＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’，Ｎ’’−ペンタメチルジエチレントリアミンとの金属／リガンド複合体と、原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ)を開始するために利用される部分（この実施形態において、ブロモイソブチリルオキシ）を含んでおり、ナノワイヤ１０８のシード部分１０８Ａを実質的に覆うポリスチレンを含む第１シェル１０７をもたらす。
第２シェルカプセル化実施形態
図２Ｂおよび図２Ｃに示される別の実施形態において、ナノワイヤ１０８のシード位置１０８ａを実質的に覆う、第１シェル１０７（例えば、ポリスチレン）を有するナノワイヤ１０８は、ナノワイヤ１０８の半導体ワイヤ位置１０８Ｂに対して優先的に結合しているリガンドでさらに覆われる。実施形態において、ナノワイヤ１０８のワイヤ位置１０８ＢはＧａＡｓを含み、およびそれを覆うように使用されるリガンドは（３−アミノプロピル）トリメトキシシランである。このリガンドは、アルカリ条件下（例えば、溶媒として、エタノール／濃縮ＮＨ４ＯＨ、９：１の混合物）または酸性条件下（例えば、溶媒として、エタノール／濃縮ＨＣｌ、９：１）のいずれかで、モノマーとしてのテトラエトキシオルソシリケート、またはオリゴマーのジメチルシロキサンのいずれかの連続添加によって、ワイヤ位置１０８Ｂ上にアモルファスシリカシェルを形成するために使用される部分（この実施形態において、トリメトキシシラン）含んでおり、ナノワイヤ１０８のワイヤ部分１０８Ｂを覆う第２シェル１０９をもたらし、かつ図２Ｃに示すように結合された異なるシェル１１１を最終的に生じる。代替的な実施形態において、２つのシェル１０７、１０９を形成する順序は反対にされ得、またはシェル１０７、１０９の１つは、残っているシェルのそれから反対の疎水性または親水性の機能化と置き換えられ得る。
液体／液体界面での整列実施形態
実施形態において、異なるシェル１１１にカプセル化された、ナノワイヤの一群／アレイは、配向および整列したナノワイヤの密に詰まった集合体を形成するために使用される。実施形態において、ナノワイヤ１０８は、第１ポリスチレンシェル１０７によって覆われたシード位置１０８Ａ、および第２アモルファスシリカシェル１０９によって覆われたワイヤ位置１０８Ｂを含んでいる。実施形態において、第１および第２シェル１０７、１０９の正味厚さは、およそ１００ｎｍであり、およびナノワイヤ位置１０８Ｂの直径は、２００ｎｍである。この実施形態において、カプセル化されたナノワイヤ１０８の全直径は、被覆されていないナノワイヤ１０８に対して２００ｎｍまで増加する。第１シェル１０７の表面特性は、第２シェル１０９と好ましくは実質的に異なる。実施形態において、第１シェル１０７は、第２シェル１０９に対して実質的に疎水性であり、今度は、第２シェル１０９は、第１シェル１０７に対して実質的に親水性である。
この実施形態において、液体／液体界面は実質的異なる極性（以下の図５の議論の中で詳細に記載されるように）を有する２つの液体を選択して形成され、上相１０４はシクロペンタノンのような疎水性溶媒を含み、および下相１０２は水のような親水性溶媒を含んでいる。溶媒の極性は、ナノワイヤが界面１０６で集合し、かつ配向するように、ナノワイヤシェル１０７、１０９の異なる表面特性と好ましくは調和されている。特に、ナノワイヤ１０８の配向は、第１および第２シェル１０７、１０９、および上および下層１０４、１０２とそれらの相互作用によって決定される。この実施形態において、疎水性シェル位置１０７は疎水性溶媒１０４を好み、親水性シェル位置１０９は親水性溶媒１０２を好み、ナノワイヤ１０８の一方向配向をもたらし、密に詰まったコロイド状結晶膜の集合体を形成する。１つのナノワイヤ１０８の中心点から他まで測定されるナノワイヤ１０８間の距離は、およそ４００ｎｍである。液体／液体システムにナノワイヤの一群を添加することによって、ナノワイヤ１０８は、界面１０６に集合し、かつ配向し、隣接するナノワイヤの絶縁体シェルが互いに接触する、密に詰まったコロイド状結晶膜１１２を形成し、基板を浸漬すること、およびそれに膜１１２を捕集することによって、固体基板１１６に移動され得る。
液体／空気界面での整列実施形態
一実施形態において、異なるシェル１１１にカプセル化されたナノワイヤの一群は、第１ポリスチレンシェル１０７によって覆われたナノワイヤ１０８のシード位置１０８Ａ、および第２アモルファスシリカシェル１０９によって覆われたナノワイヤ１０８のワイヤ位置１０８Ｂを含んでいる。この実施形態において、第１および第２シェル１０７、１０９の厚さは、２０ｎｍである（ナノワイヤ１０８の合計直径を４０ｎｍまで増加させる）。実施形態において、ナノワイヤ位置１０８Ｂの直径は２００ｎｍである。これらのナノワイヤ１０８は、配向され、かつ整列されたナノワイヤ１０８の密に詰まった集合体を形成するために使用される。第１シェル１０７の表面特性は、第２シェル１０９と好ましくは実質的に異なる。第１シェル１０７は、第２シェル１０９に対して実質的に疎水性であり、今度は、第２シェル１０９は、第１シェル１０７に対して実質的に親水性である。
図９に示されるように、この実施形態において、液体１０２／空気１３２の界面１３０は、エタノールのような親水性液体１０２を選択することによって形成され、親水性液体１０２は、ナノワイヤ１０８が界面１３０に集合し、かつ配合するように、第２シェル材料１０９と相互作用する。特にこのナノワイヤ１０８の配向は、第１および第２シェル１０７、１０９材料の構成、および界面材料（例えば、親水性液体１０２および空気１３２）とそれらの相互作用によって決定される。この実施形態において、疎水性シェル１０７は空気相１３２を好み、親水性シェル１０９は親水性溶媒１０２を好み、ナノワイヤ１０８の一方向配向をもたらし、密に詰まったコロイド状結晶膜の集合体を形成する。１つのナノワイヤ１０８の中心点から他まで測定されるナノワイヤ１０８間の距離は、２４０ｎｍである（図１に示されるように）。溶媒を固体基板上から蒸発させることは、密に詰まったコロイド状結晶膜の形成を引き起こす。
代替的な実施形態において、均一シェルは、ナノワイヤの周りに形成され得、異なる特性を有するナノワイヤをカプセル化している。これは全ナノワイヤの周りの単一で一定の表面を引き起こし、ナノワイヤ間の間隔を制御する。
シェルの厚さは、少なくとも１０ｎｍ、好ましくは少なくとも１００ｎｍのような、少なくとも２ｎｍが好ましく、例えば、２０から５００ｎｍである。例えば、隣接するナノワイヤ１０８のシェルが１つのナノワイヤ１０８の中心点から次まで測定されるように互いに接触する、一群の中のナノワイヤ１０８の平均空間が、２００ｎｍより大きく、かつ７００ｎｍより小さくなる（例えば、ナノワイヤの直径は１００から２００ｎｍで、かつシェルの厚さは２０から５００ｎｍであり得る）ように、シェルの厚さは選択され得る。
一実施形態において、直径２００ｎｍで、かつ長さ２０００ｎｍを有するナノワイヤの周りの２００ｎｍの均一なシェルは、そのアスペクト比を１０から４に効果的に下げる。この変更された幾何学は、図１０に示されるように、ナノワイヤ間の角オフセットに依存する、およそ４００ｎｍのナノワイヤとナノワイヤの距離、および、およそ６００ｎｍの中心と中心の距離を有する、液体−空気整列の間に大面積にまたがり、より良い整列および整列のより良い質を可能とした。
ナノワイヤは、半導体のｐｎ接合またはｐｉｎ接合を含み得、および軸または径のコア／シェル型ナノワイヤを含み得る。つまり、逆導電型材料が軸または径方向に分離され得る。異なる半導体材料（例えば、異なるＩＩＩ−Ｖ族半導体材料）がナノワイヤの異なる位置に使用され得る。
実施形態において、シェル１０９は、絶縁体（すなわち、誘電体）材料を好ましくは備え、絶縁体材料は、ナノワイヤ１０８のワイヤ部分１０８Ｂの１つまたは複数の半導体材料（例えば、軸方向または径方向に分離した半導体材料）を取り囲む。ナノワイヤ１０８は、太陽電池のような、任意の適当な電子デバイスに使用され得る。ナノワイヤ光起電力吸収装置、および液体／空気界面におけるナノワイヤ整列を含む太陽電池５０１の例が図８に示されており、および以下、詳細に記載される。太陽電池５０１は、一実施形態において、タンデム太陽電池であり得る。
図３Ａは、均一シェル１０９内のカプセル化されたナノワイヤ１０８の概略図である。図３Ｂ−図３Ｅは、均一シリカシェルにカプセル化されたナノワイヤを示し、かつどのくらいのサイズかを示す像であり、およびそれによって間隔が制御され得る。各々の例のナノワイヤ１０８の直径は、約２２０ｎｍである。ナノワイヤ１０８をカプセル化している厚いシェル１０９は、シェル１０９が互いに接触するとき、ナノワイヤ１０８間に大きな間隔を引き起こす。シェルの厚さは、それぞれ、図３Ｂから図３Ｅにおいて、２０ｎｍ、４２ｎｍ、５７ｎｍおよび１００ｎｍである。
図４Ａ−図４Ｄは、シード粒子１０８Ａの周りに選択的に形成されたポリスチレンシェルを有するナノワイヤの像である。図４Ａ−図４Ｄに示されるように、ポリスチレンは接着性を形成し、非孔性シェルである。
図５は、実施形態に係るナノワイヤの集合体を捕集し、かつ整列させる方法を示している。この実施形態の第１ステップ１において、第１液体はコンテナ１００に置かれ、下相１０２を形成する。任意の液体保持コンテナ１００が使用され得、例えば、ビーカー、ジャー、バレル等である。実施形態において、第１液体は塩基性水溶液（ｐＨ７超）、例えば、ＮａＯＨ水溶液、または別の塩基性溶液である。溶液のｐＨは９−１３の範囲内であり得、例えば、１０−１２である。付随的に、１つまたは複数のバッファが第１液体に添加され得る。第２ステップ２において、第２液体はコンテナ１００に加えられ、上相１０４を形成する。第１および第２液体は、それらの相が上１０４および下１０２相の間の界面１０６を分離し、かつ形成するように選択される。実施形態において、上相１０４は、下相１０２と、非混和性、または部分的にだけ混和性／部分的にだけ非混和性である、例えば、シクロペンタノンのような液体を含む。
第３ステップ３において、ナノワイヤ分散体が、コンテナ１００に添加される。ナノワイヤ分散体中のナノワイヤ１０８は、コンテナ１００に、最初、添加されたとき、ランダム配向を有し、および下１０２および上１０４相の両方に見つけられ得る。ナノワイヤ１０８は、上述のように異なるシェル１１１を含み得る。第４ステップ４において、ナノワイヤ１０８が、界面に提供され、および界面で好ましくは整列／集合され、ナノワイヤ１０８の集合体１１２を形成する。上述のように、ナノワイヤ分散体を形成するように使用される液体は、第１または第２液体のいずれかと同じであり得、または第１または第２液体のいずれかと異なり得る。
図５に示すように、一実施形態において、コンテナ１００中の主なナノワイヤ１０８は、界面１０６に位置される。コンテナ１００中に、好ましくは、少なくとも５０％のナノワイヤ１０８（例えば、５０−１００％、例えば、７０％超、例えば、７５−９９％、例えば、８０％超、例えば、９０−９９％）が、界面１０６に位置され、ナノワイヤ、または主なナノワイヤは、界面から離れて第１および／または第２液体に位置されない。
コンテナ１００中の主なナノワイヤ１０８は、好ましくは、整列し（例えば、自己整列）、界面１０６にナノワイヤ１０８の集合体１１２を形成する。コンテナ１００中に、好ましくは、少なくとも５０％のナノワイヤ１０８（例えば、５０−１００％、例えば、７０％超、例えば、７５−９９％、例えば、８０％超、例えば、９０−９９％）が整列し（互いに対して一方向に配向される）、界面１０６にナノワイヤ１０８の集合体１１２を形成する。界面１０６に位置される主なナノワイヤ１０８は、ランダム配向、または、界面で主なナノワイヤによって共有される、一方向と異なる方向に整列され得、または優先配向なしにランダムに配置される。
界面１０６に整列された主なナノワイヤ１０８は、好ましくは、実質的に垂直に整列され、上向きの同一端部（例えば、触媒粒子端部）で界面１０６に対して垂直の例えば、２０°以内、例えば、１０°以内である。ナノワイヤ１０８の１つの部分（例えば、底部）は、液体１０２に位置され、およびナノワイヤ１０８の別の部分（例えば、上部）液体１０４に位置される。
代替的に、界面１０６に位置されたコンテナ１００内の主なナノワイヤ１０８は界面１０６に実質的に垂直でない（例えば、界面１０６と０と８９度の間の角度）の方向で整列され得、または、界面にランダム配向で位置され得る。
しかしながら、コンテナ１００内の全てのナノワイヤ１０８が集合体１１２を形成するように整列される必要はない。界面１０６に位置されない主なナノワイヤは、界面で主なナノワイヤによって共有される一方向の方向と同じまたは異なる方向にランダムに配向、または配列され得る。
整列／集合は時間の単純な経過で生じ得る。しかしながら、ナノワイヤの整列／集合は、下１０２および／または上１０４相への添加剤の添加で促進され得る。代替的に、システム（例えば、コンテナ１００、上１０４および下１０２相、およびナノワイヤ１０８）の温度は、変化され得、ナノワイヤ１０８の整列／集合を促進する。
上記の一実施形態において、誘電体のシェルは、図３Ａに示されるように、ナノワイヤ１０８の金属触媒粒子シード部分１０８Ａと半導体ナノワイヤ部分１０８Ｂの両方をカプセル化するシングルシェル１０９を備える。
上記の別の実施形態において、誘電体のシェルは、図２Ｃに示されるように、シード部分１０８Ａをカプセル化する第１部分１０７または１０９、およびナノワイヤ部分１０８Ｂをカプセル化する第２部分１０９または１０７を備える。シェルの第１部分は、実質的に全てのシード部分１０８Ａが液体界面の上または下に位置されるように（例えば、ナノワイヤが界面に対して上向きまたは下向きである、少なくとも９０％のシードで界面に整列するように）、第２部分より疎水性、または親水性である。
別の実施形態において、誘電体のシェルは、シード部分１０８Ａ、またはナノワイヤ部分１０８Ｂをカプセル化し、およびシード、またはナノワイヤ部分の他は、実質的に全てのシード部分１０８Ａが液体界面の上または下に位置されるように（すなわち、ナノワイヤが界面に対して上向きまたは下向きである、少なくとも９０％のシードで界面に整列するように）、誘電体シェルより疎水性または親水性である化合物で機能化される。つまり、シェル部分１０７、１０９の１つは、残りのシェル部分より疎水性、または親水性である機能化と置き換えられ得る。
したがって、ナノワイヤの一群が液体／液体、液体／固体、または液体／空気界面に位置され、ナノワイヤの整列が界面に対して垂直であり、およびシェルの厚さによって制御された個々のナノワイヤの間の間隔が界面に対して平行である。
２つの選択肢５ａ、５ｂがオプションの第５ステップとして示されている。第１のオプション５ａにおいて、上、または下相１０２、１０４は、相を凝固させるように処理され、およびそれによって、ナノワイヤ１０８を中に固定する。上述のように、凝固は、凝固剤（例えば、ポリマー、またはモノマーのような前駆体）を上または下相１０２、１０４に添加し、続いて、上または下相１０２、１０４を照射または加熱し、前駆体を架橋し、ポリマー内に埋められたナノワイヤを形成することによって成し遂げられ得る。代替的に、凝固は、例えば、化学的架橋なしに、ポリマー含有相／層から溶媒を除去することによって達成され得る。つまり、相を含有するポリマーは、溶媒が蒸発するとき凝固し、硬化層を生じる。
選択肢のオプション５ｂにおいて、上相１０４は部分的または完全に除去される。上相１０４は時間の経過によって（例えば、蒸発、または下相１０２に溶解することによって）、添加剤の援助によって、液体の温度を上昇させることによって（蒸発を促進させること）、またはデカントすることによって、除去され得る。この方法において、ナノワイヤの１つの端部は晒される（例えば、上相１０４に完全に浸漬されない）。
ステップ６において、ナノワイヤ１０８の集合体１１２は基板１１６に移動（捕集）される。実施形態において、基板１１６の捕集表面１１６Ａは、ナノワイヤ１０８の集合体１１２を固定することを促進するために機能化される。実施形態において、基板１１６は、ナノワイヤ集合体１１２の下に沈められ、かつ基板１１６の捕集表面１１６Ａが界面１０６と平行になる（例えば、捕集表面１１６がナノワイヤ１０８に垂直になる）ように配向される。基板１１６は、それからナノワイヤ１０８の集合体１１２と接触するようにゆっくり持ち上げられる。上または下相が上記のように凝固させられるなら、その後、凝固相はコンテナからナノワイヤ集合体とともに基板の捕集表面に移動させられる。
代替的な実施形態において、基板１１６は、上１０４および下１０２相の間の界面１０６に対して角度θで第１および第２液体に浸けられる。接触は、それから、基板１１６の捕集表面１１６Ａとナノワイヤ１０８の集合体１１２の間で行われる。基板１１６は、それから、捕集表面１１６Ａに垂直なナノワイヤ１０８と共に第１および／または第２液体（ステップ５ｂが続けられるなら第１液体だけ）を通り、ゆっくり引きずり出され、および／または、ゆっくり退避させられ得る。一般に、基板の退避の速度、傾斜角度、退避の方向、および／または開始位置は、捕集表面およびコンテナからの退避に対してナノワイヤ集合体付着を高めるように変更され得る。
好ましくは、ナノワイヤ１０８の集合体１１２が基板１１６に移動されるとき、少なくとも５０％のナノワイヤ１０８（例えば、５０−１００％、例えば、７０％超、例えば、７５−９９％、例えば、８０％超、例えば、９０−９９％）が基板の表面に対して整列させられる。したがって、界面１０６における主なナノワイヤ１０８は、互いに対して整列され得（例えば、界面１０６に対して垂直または非垂直）、または互いに対してランダムに配置され得る。しかしながら、ナノワイヤが基板１１６に移動されるとき、主なナノワイヤは、互いに対して、および基板１１６の捕集表面１１６Ａに対して、例えば、捕集表面１１６Ａに実質的に垂直（例えば、−２０から２０度、例えば、−１０から１０度、例えば、０℃）に整列される。実施形態において、ナノワイヤ１０８は、基板１１６の捕集表面１１６Ａから遠位のナノワイヤ１０８の側部を含むナノ粒子１０８Ａと整列させられる。代替的に、ナノワイヤ１０８は、基板１１６の捕集表面１１６Ａに近位のナノワイヤ１０８の側部を含むナノ粒子１０８Ａと整列させられる。したがって、実施形態において、ナノワイヤ１０８の５０％未満は、液体／液体界面１０６に整列させられ得るが、ナノワイヤ１０８の５０％超（例えば、７０％超、例えば、８０％超）のナノワイヤ１０８は基板１１６に整列させられる。
実施形態において、図８に示すように、ナノワイヤ１０８がｐｎ接合５０８Ｃを有するなら、ナノワイヤ１０８の捕集された集合体１１２を有する基板１１６は、太陽電池５０１に配置され得る。例えば、図８に模式的に示されるように、基板１２０は、基板の上捕集表面に対して実質的に垂直（例えば、８０から１００度、例えば、９０度の最も長い軸）に位置された半導体（例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等）ナノワイヤ１０８を含んでいる。この実施形態のナノワイヤ１０８は、低第１導電性型（例えば、ｎまたはｐ型）セグメント５０８Ａと、反対の導電性の型の高第２導電性型（例えば、ｐまたはｎ型）セグメント５０８Ｂとの間に配置される軸ｐｎ接合５０８Ｃを有する。太陽電池５０１において、電極は、ナノワイヤ１０８と電気接点を提供する。例えば、太陽電池５０１は、ナノワイヤの上部セグメント５０８Ｂと電気接点中の上部電極（例えば、透明電極）５１０を含み得、および導電性または半導体基板５２０は、ナノワイヤの底部セグメント５０８Ａと電気接点を提供し得る。絶縁体またはカプセル化材料５１２は、ナノワイヤ１０８の間に配置され得る。代替的に、ナノワイヤは、軸ｐｎ接合よりむしろ径を含み、ケースセグメント５０８Ｂは、ｐｎ接合が基板捕集表面に実質的に垂直に延びるように、ナノワイヤコア５０８Ａを取り囲むシェルとして形成される。
図６は、代表的な実施形態に係る整列、および集合させられたナノワイヤの概略図である。この例において、ガラスコンテナがＮａＯＨを使用して調整されたｐＨ１２．２の５０００μｌの水溶液で満たされ得、厚さＨ１を有する下相１０２を形成する。それから、１０００μｌのシクロペンタノンが厚さＨ２を有する上相１０４から添加され得る。それから、シクロペンタノン中のナノワイヤ１０８のナノワイヤ分散体の任意の量が、添加され得る。ナノワイヤ１０８は界面１０６に自発的に集合することが可能である。ガラスコンテナ１００は急速に冷却され得る。
ナノワイヤ１０８の集合体１１２は、液体中に機能化捕集表面１１６Ａと共に基板を浸漬すること、および下から液体界面を経てそれを移動することによって、移動され得、同時に、界面１０６に対して、ほぼ垂直配向（θ＞６０度傾斜、例えば、６５−１１５度）で傾斜された機能化捕集表面１１６Ａを保持する。機能化捕集表面１１６Ａは、ポリエチレンイミンの水溶液中でシリコンウエハ片を被覆することによって調整され得る。それから、ナノワイヤ１０８の移動させられた集合体１１２を有する機能化表面１１６Ａは、周囲条件で乾燥される。
図７は、別の実施形態に係るナノワイヤのアレイを捕集、および整列させる概略図である。この実施形態において、機能化捕集表面１１６Ａを有する表面１１６は、液体／液体の２相系に浸けられる。ナノワイヤ１０８の集合体１１２は、基板１１６が液体／液体の２相系から退避されるとき、基板１１６の捕集表面１１６Ａに捕集される。
実施形態において、５０００μｌのｐＨ１２．２に調整されたＮａＯＨ水溶液がコンテナ１００に添加され得る。それから、１０００μｌのシクロペンタノンが液体／液体の２相系（例えば、下相１０２および上相１０４）を確立するように添加され得る。シクロペンタノン中に分散されたナノワイヤ１０８の任意の量が、徐々に添加され得る。ガラスコンテナ１００は、急速に冷却され、ナノワイヤの集合体１１２の形成を引き起こす。それから、主な残っている上相１０４は、手作業で取り除かれ得る。
ナノワイヤ１０８の界面の集合体１１２は、集合体でなされる液体ユニット接点上に機能化捕集表面１１６Ａと共に基板１１６を下げることによって移動され得る。それから、基板１１６は、界面から引き上げられ得、同時に、機能化捕集表面１１６Ａを液体界面に平行に保持する、ラングミュア・シェーファー法に類似している。機能化捕集表面は、下相（例えば、厚いポリマー）と接触して凝固するポリマー中でシリコンウエハの片を被覆することによって調整され得、それによって、ナノワイヤ１０８の集合体１１２を固定する。それから、ナノワイヤ１０８の移動させられた集合体１１２を有する機能化表面１１６Ａは、周囲条件で乾燥され得る。
実施形態において、ナノワイヤ１０８は、それらの最も長い寸法（例えば、最も長い軸に沿ったナノワイヤの長さ）が液体界面１０６に垂直に配置されるような方法で配向される。この配向は、例えば、ナノワイヤシェル１０７、１０９と上および下液体相１０２、１０４の間の相互作用のために得られ得る。
前記のものは、特に好ましい実施形態を示しているが、発明はそれに制限されないことは理解されるだろう。種々の変更が開示された実施形態に施され得ること、およびそのような変更が本発明の範囲内になることが意図されることは、当業者であれば思いつくであろう。本明細書で引用された公開公報、特許出願および特許公報の全ては、それらの全体が本明細書に参考として組み込まれる。

Claims (37)

  1. 導電性触媒ナノ粒子の第１部分と、
    半導体ワイヤの第２部分と、
    前記第１部分の周りの第１誘電体シェルと、
    前記第２部分の周りの、第２誘電体シェル、または、親水性または疎水性を付与する機能化と、を備えるナノワイヤであって、前記第２誘電体シェルまたは機能化の材料が前記第１シェルの材料と異なることを特徴とする、ナノワイヤ。
  2. 前記第２誘電体シェルが前記第２部分の周りに配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のナノワイヤ。
  3. 前記第２誘電体シェルが前記第１シェルより親水性または疎水性であることを特徴とする、請求項２に記載のナノワイヤ。
  4. 前記第１誘電体シェルが有機材料を備え、前記第２誘電体シェルが無機材料を備え、前記有機材料が前記無機材料より疎水性であることを特徴とする、請求項３に記載のナノワイヤ。
  5. 前記無機材料がシリカを含み、前記有機材料がポリマーを含むことを特徴とする、請求項４に記載のナノワイヤ。
  6. 前記機能化が前記第２部分の周りに配置され、前記機能化が前記第１シェルより親水性または疎水性であることを特徴とする、請求項１に記載のナノワイヤ。
  7. 垂直に整列させて密に詰め込まれた請求項２に記載のナノワイヤの一群であって、隣接したナノワイヤの前記第２誘電体シェルが互いに接触し、個々のナノワイヤの間の間隔が前記第２シェルの厚さによって制御されていることを特徴とする、ナノワイヤの一群。
  8. 請求項７に記載の前記ナノワイヤを備えることを特徴とする、ＰＶ吸収膜。
  9. 請求項７に記載の前記ナノワイヤを備えることを特徴とする、薄膜太陽電池。
  10. タンデム太陽電池であって、上部電池が請求項９に記載の前記薄膜太陽電池を含むことを特徴とする、タンデム太陽電池。
  11. 隣接したナノワイヤのシェルが互いに接触しているナノワイヤの密に詰まった構造を形成する方法であって、
    シード部分およびナノワイヤ部分を有するナノワイヤを含むナノワイヤの一群を提供することと、
    ナノワイヤの一群の前記ナノワイヤの前記シード部分をカプセル化する第１誘電体シェルを形成することと、ナノワイヤの一群の前記ナノワイヤの前記ナノワイヤ部分をカプセル化する、第２誘電体シェル、または、親水性または疎水性を付与する機能化を形成することと、を備え、前記第２シェルまたは機能化の材料が前記第１シェルの材料と異なることを特徴とする、方法。
  12. 液体／液体、液体／固体、または液体／空気界面に前記ナノワイヤを配向および整列させることをさらに含み、前記ナノワイヤの前記整列が前記界面に垂直であることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記界面の材料が、前記シェル部分の１つが前記液体と相互作用し、他のシェル部分または前記機能化が前記固体と相互作用するように、選択されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記ナノワイヤの前記配向が前記第１シェルの材料、および、前記第２シェルまたは機能化の材料の構成、および前記界面の材料の特性によって決定され、前記界面の材料が、前記シェル部分の１つが前記界面の材料の１つと相互作用し、他のシェル部分または前記機能化が他の界面の材料と相互作用するように、選択されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
  15. 前記配向および整列させられたナノワイヤが固体基板に移されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
  16. 前記配向および整列させられたナノワイヤを含む前記固体基板を太陽電池に提供することさらに含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記第２シェルまたは機能化を形成することは、前記第２シェルを形成することを含み、個々のナノワイヤの間の間隔が前記第２シェルの厚さによって制御されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
  18. 前記ナノワイヤが実質的に一方向配向を有することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
  19. 前記ナノワイヤが半導体ナノワイヤであることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
  20. ナノワイヤを取り囲んでいる特異のシェルを備える前記ナノワイヤを備える光起電力装置であって、
    前記ナノワイヤの各々がシード部分およびワイヤ部分を含み、
    前記特異のシェルが前記シード部分を取り囲む第１誘電体シェル、および前記ワイヤ部分を取り囲む第２誘電体シェルを備え、
    前記第１誘電体シェルが第１材料を含み、
    前記第２誘電体シェルが第２材料を含み、
    前記第１および第２材料が異なることを特徴とする、光起電力装置。
  21. 前記シェルの厚さが、１つのナノワイヤの中心点から次までを測定された前記ナノワイヤの平均間隔が２００ｎｍより大きく、７００ｎｍより小さくなるように選択されることを特徴とする、請求項２０に記載の光起電力装置。
  22. 前記ナノワイヤが実質的に一方向配向を有することを特徴とする、請求項２０に記載の光起電力装置。
  23. 前記ナノワイヤが基板上に整列させられ、前記整列させられたナノワイヤが、隣接するナノワイヤの前記第２シェルが互いに接触するナノワイヤの密に詰まった一群を形成することを特徴とする、請求項２０に記載の光起電力装置。
  24. 前記第１および第２シェルの１つが疎水性誘電体の材料を含み、前記第１および第２シェルの他の１つが親水性誘電体の材料を含むことを特徴とする、請求項２３に記載の光起電力装置。
  25. 隣接したナノワイヤのシェルが互いに接触しているナノワイヤの密に詰まった構造を形成する方法であって、
    シード部分とナノワイヤ部分とを有するナノワイヤを含むナノワイヤの一群、および前記ナノワイヤの一群のナノワイヤの少なくとも一部をカプセル化する誘電体シェルを提供することと、
    前記ナノワイヤを第２液体、固体、または空気の１つに対する第１液体の界面と垂直に配向および整列させることと、を備え、
    前記界面における個々のナノワイヤの間の間隔が前記誘電体シェルの厚さによって制御されることを特徴とする、方法。
  26. 前記誘電体シェルの厚さが、１つのナノワイヤの中心点から次までを測定された前記ナノワイヤの平均間隔が２００ｎｍより大きく、７００ｎｍより小さくなるように選択されることを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
  27. 前記誘電体シェルの厚さが少なくとも２ｎｍであり、前記ナノワイヤ部分が半導体ナノワイヤ部分を含み、前記シード部分が金属触媒粒子を含むことを特徴とする、請求項２６に記載の方法。
  28. 前記シェルを含む前記ナノワイヤのアスペクト比がシェルのない前記ナノワイヤのアスペクト比より小さいことを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
  29. 前記誘電体シェルが、前記シード部分をカプセル化する第１部分および前記ナノワイヤ部分をカプセル化する第２部分を含む特異のシェルを含み、前記第１部分が前記第２部分より疎水性または親水性であることを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
  30. 前記誘電体シェルが、前記シード部分またはナノワイヤ部分をカプセル化し、他の前記シードまたは前記ナノワイヤ部分が前記誘電体シェルより疎水性または親水性である化合物で機能化されることを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
  31. シェルにカプセル化されたナノワイヤを含むナノワイヤの一群であって、個々のナノワイヤの間の間隔が前記シェルの厚さによって制御されており、前記シェルが、前記ナノワイヤのシード部分をカプセル化している第１材料、および前記ナノワイヤのナノワイヤ部分をカプセル化している第２材料を含み、前記第１材料が前記第２材料と異なり、個々のナノワイヤの間の前記間隔がコロイド状結晶の格子次元を決定し、コロイド状結晶が、隣接したナノワイヤのシェルが互いに接触している、シェルにカプセル化されたナノワイヤの２次元の密に詰まったマクロ結晶構造を含むことを特徴する、一群。
  32. シェルにカプセル化されたナノワイヤを含むナノワイヤの一群であって、個々のナノワイヤの間の間隔が前記シェルの厚さによって制御されており、前記シェルが、前記ナノワイヤのシード部分をカプセル化している第１材料、および前記ナノワイヤのナノワイヤ部分をカプセル化している第２材料を含み、前記第１材料が前記第２材料と異なり、前記ナノワイヤがコロイド状結晶の垂直方向に整列させられることを特徴する、一群。
  33. シェルにカプセル化されたナノワイヤを含むナノワイヤの一群であって、個々のナノワイヤの間の間隔が前記シェルの厚さによって制御されており、前記一群が、液体／液体、液体／固体、または液体／空気界面に配置され、前記ナノワイヤの整列が前記界面に対して垂直であり、および前記シェルの厚さによって制御された個々のナノワイヤの間の間隔が前記界面に対して平行であることを特徴とする、一群。
  34. 前記ナノワイヤが金属触媒粒子シード領域および半導体ナノワイヤ部分を含み、
    前記シェルが誘電体シェルを含み、
    前記界面で前記一群の前記隣接するナノワイヤの前記誘電体シェルが互い接触していることを特徴とする、請求項３３に記載の一群。
  35. 前記誘電体シェルが前記シード部分および前記ナノワイヤ部分の両方をカプセル化するシングルシェルを含むことを特徴とする、請求項３４に記載の一群。
  36. 前記誘電体シェルが、前記シード部分をカプセル化する第１部分および前記ナノワイヤ部分をカプセル化する第２部分を含む特異のシェルを含み、前記第１部分が、実質的に全てのシード部分が前記界面の上または下に配置されるように、前記第２部分より疎水性または親水性であることを特徴とする、請求項３４に記載の一群。
  37. 前記誘電体シェルが、前記シード部分またはナノワイヤ部分をカプセル化し、他の前記シードまたは前記ナノワイヤ部分が、実質的に全てのシード部分が前記界面の上または下に配置されるように、前記誘電体シェルより疎水性または親水性である化合物で機能化されることを特徴とする、請求項３４に記載の一群。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3260414A1 (en) 2016-06-21 2017-12-27 Sol Voltaics AB Method for transferring nanowires from a fluid to a substrate surface
WO2018122101A1 (en) * 2016-12-30 2018-07-05 Sol Voltaics Ab Method for providing an aggregate of aligned nanowires at a liquid-liquid interface
US20190189840A1 (en) * 2017-12-18 2019-06-20 National Cheng Kung University Method of transferring nanostructures and device having the nanostructures
CN112201754B (zh) * 2020-02-18 2022-08-19 天津大学 超薄晶态连续有机半导体薄膜及其制备方法和应用

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004032191A2 (en) * 2002-09-30 2004-04-15 Nanosys, Inc. Applications of nano-enabled large area macroelectronic substrates incorporating nanowires and nanowire composites
US7105052B1 (en) * 2003-03-17 2006-09-12 The Florida State University Research Foundation, Inc. Ordered array of magnetized nanorods and associated methods
US7872318B2 (en) * 2006-09-29 2011-01-18 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Sensing devices and methods for forming the same
US8198622B2 (en) * 2006-12-13 2012-06-12 Panasonic Corporation Nanowire, device comprising nanowire, and their production methods
CN101803035B (zh) * 2007-06-19 2016-08-24 昆南诺股份有限公司 基于纳米线的太阳能电池结构
WO2009025954A2 (en) * 2007-07-24 2009-02-26 Northwestern University Coated colloidal materials
US7915146B2 (en) * 2007-10-23 2011-03-29 International Business Machines Corporation Controlled doping of semiconductor nanowires
WO2010062644A2 (en) 2008-10-28 2010-06-03 The Regents Of The University Of California Vertical group iii-v nanowires on si, heterostructures, flexible arrays and fabrication
KR101122129B1 (ko) * 2009-05-29 2012-03-21 경희대학교 산학협력단 Si 과잉 산화막을 이용한 Si/SiOx 코어/쉘 이중구조 나노선 제조 방법
US8377729B2 (en) 2010-01-19 2013-02-19 Eastman Kodak Company Forming II-VI core-shell semiconductor nanowires
JP6313975B2 (ja) * 2010-05-11 2018-04-18 クナノ・アーベー ワイヤーの気相合成
TWI426619B (zh) * 2010-06-25 2014-02-11 Univ Nat Taiwan 太陽能電池與其異質接合結構的製造方法
US20120094192A1 (en) * 2010-10-14 2012-04-19 Ut-Battelle, Llc Composite nanowire compositions and methods of synthesis
US9159872B2 (en) * 2011-11-09 2015-10-13 Pacific Light Technologies Corp. Semiconductor structure having nanocrystalline core and nanocrystalline shell
FR2983639B1 (fr) 2011-12-01 2014-07-18 Commissariat Energie Atomique Dispositif optoelectronique comprenant des nanofils de structure coeur/coquille
CN104380469B (zh) * 2012-04-12 2018-06-22 索尔伏打电流公司 纳米线官能化、分散和附着方法
US20130283204A1 (en) 2012-04-18 2013-10-24 Research In Motion Limited Systems and Methods for Displaying Information or a Feature in Overscroll Regions on Electronic Devices
US9012883B2 (en) * 2012-12-21 2015-04-21 Sol Voltaics Ab Recessed contact to semiconductor nanowires
WO2015166416A1 (en) 2014-04-29 2015-11-05 Sol Voltaics Ab Methods of capturing and aligning an assembly of nanowires

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