Halbleiter sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Sie stecken in mikroelektronischen Bauteilen von Computern, Handys und vielen anderen Geräten. Sie können auch Strom aus Licht generieren, weshalb sie in Solarzellen und Photodetektoren Verwendung finden. Allerdings müssen für technisch verwendbare Halbleiter in der Regel große Einkristalle gezüchtet werden. Das macht ihre Herstellung aufwendig und teuer. Vor allem großflächige Anwendungen wie Solardächer sind deshalb kostspielig.

Nun konnte ein Forscherteam um Maksym V. Kovalenko von der University of Chicago durch geschickte Kopplung von winzigen, kolloidal gelösten Nanokristallen erstmals technisch verwertbare Halbleiter sehr viel preiswerter herstellen. Dazu griff es auf ein schon länger erprobtes Verfahren zurück. Dabei lässt man die Nanopartikel in Anwesenheit von organischen Verbindungen wachsen, die als Abstandshalter fungieren und dafür sorgen, dass die Teilchen nicht zu groß werden oder verklumpen. Zugleich halten sie die Nanokristalle in Lösung, indem sie zwischen ihnen und der Flüssigkeit vermitteln. Sie haben jedoch einen großen Nachteil: Sie wirken elektrisch isolierend.

Kovalenko und seine Kollegen überlegten deshalb, wie zu erreichen wäre, dass zwischen den einzelnen Teilchen elektrische Ladungen fließen können. Die Lösung: Sie tauschten die organischen Verbindungen nachträglich gegen Metall-Chalcogenid-Komplexe aus. Auch diese wechselwirken, wie sich zeigte, mit der Kristalloberfläche und stabilisieren den kolloidalen Lösungszustand. Durch mäßiges Erhitzen auf etwa 180 Grad Celsius aber lässt sich anschließend das Lösungsmittel komplett entfernen. Dabei entsteht ein Festkörper, in dem die Nanokristalle über die Metall-Chalcogenid-Komplexe vernetzt sind. Dieses Material ist, wie sich zeigte, nicht nur halbleitend, sondern bei entsprechender Modifikation auch für elektronische Schaltungen geeignet.

Christian Tack