Een multidisciplinair team van wetenschappers van het Naval Research Laboratory heeft een manier ontdekt om nanostructuren op maat te maken die kunnen resulteren in goedkope, hoog rendement zonnecellen. Het onderzoek verschijnt in de 10 augustus, uitgave van het tijdschrift uit 2011 Nano-letters .

De technologie achter opto-elektronische apparaten die momenteel in gebruik zijn, is beperkt door het feit dat een enkel foton dat door een halfgeleider wordt geabsorbeerd, resulteert in het creëren van een enkel elektron-gatpaar, of exciton. De NRL-onderzoekers hebben ontdekt dat het veranderen van de vorm van PbSe (loodselenide) nanostructuren een down-conversieproces verbetert dat bekend staat als het genereren van meerdere excitonen. Om dit te bereiken, het team gebruikt langwerpige (sigaarvormige) nanostaafjes in plaats van bolsymmetrische (balachtige) nanokristallen.

In tegenstelling tot de huidige opto-elektronische technologie die afhankelijk is van een enkel elektron-gatpaar per foton, bij het genereren van meerdere excitonen wordt de overtollige energie van het "hete" exciton gebruikt om een ​​tweede elektron over de bandgap te exciteren, wat resulteert in de vorming van twee of meer excitonen per foton. De ontdekking van het NRL-team dat dit proces aanzienlijk efficiënter is in de langwerpige nanostaafstructuren, biedt een nieuwe weg om de efficiëntie van zonnecellen te verhogen ten opzichte van de huidige ultramoderne apparaten.

Deze langwerpige structuren zijn de meest efficiënte foton-energie-omlaagconverters die bekend zijn. Als resultaat, dit materiaalsysteem biedt een manier om uiterst efficiënt zonne-energie te oogsten. In aanvulling, het syntheseproces is goedkoop, waardoor deze zonnecellen zeer goedkoop zouden zijn, en de materialen zijn compatibel met oplossingsverwerking van apparaten op flexibele substraten. Mogelijke toekomstige toepassingen die voortkomen uit deze technologie, naast fotovoltaïsche cellen, zijn onder meer ultragevoelige fotodetectoren, snelle elektronica, lichtgevende dioden, lasers, en biologische labels.

Het onderzoeksteam bestaat uit Drs. Paul Cunningham, Janice Boercker, Mattheüs Lum, Joseph Tischler, en Joseph Melinger van NRL's Electronics Science and Technology Division; en Drs. Edward Foos en Anthony Smith van de afdeling Chemie van NRL.