(Phys.org) -- Soms om grote vragen te beantwoorden, je moet klein beginnen - heel klein. Wetenschappers van het Chemical Imaging Initiative van het Pacific Northwest National Laboratory deden precies dat toen ze cadmiumselenide analyseerden, of CdSe, kwantum stippen. Quantum dots zijn deeltjes ter grootte van een nanometer die andere optische en elektronische eigenschappen hebben dan hun bulkmaterialen. Het team liet zien hoe grootte en omgeving de structuur van de stippen onverwachts veranderen. Het begrijpen van de chemie die betrokken is bij deze kleine transformaties heeft toepassingen in hybride zonnecellen, waar het verbeteren van de elektronenmobiliteit uiteindelijk hun algehele efficiëntie en het vermogen om bij te dragen aan de energiebehoeften van het land kan verbeteren.

De meeste kwantumdot-onderzoeken richten zich op het verbeteren van het ladingstransport en -verzameling en de efficiëntie van de zonnecellen, maar weinigen richten zich op de onderliggende chemische mechanica. Deze studie was de eerste die onderzocht hoe de omgeving en de grootte chemisch veranderingen in de structuur van halfgeleider kwantumstippen veroorzaken. uiteindelijk, het ophelderen van de chemische en elektronische structuurinteracties van CdSe-kwantumdots zal mechanismen illustreren die de hybride zonneceltechnologieën zullen bevorderen.

"Omdat hybride zonnecellen een groot potentieel hebben in commerciële toepassingen, de meeste mensen beginnen met te kijken naar de algehele celefficiëntie, en het fundamentele begrip van de chemische en elektronische structuurinteracties wordt over het hoofd gezien, " zei Dr. Ajay Karakoti, een PNNL-wetenschapper en de hoofdauteur van de studie. "We proberen de fundamentele interacties te begrijpen. We willen ervoor zorgen dat de chemische en structurele integriteit niet verandert. In dit geval, het deed. Dat was onverwachts."

Diverse beeldvorming, spectroscopie, en diffractie-instrumenten bij EMSL werden gebruikt om dit werk uit te voeren. De instrumenten omvatten micro-röntgendiffractie, Röntgen foto-elektrische pectroscopie, en ultraviolet-zichtbare absorptie- en emissiespectroscopie. Karakoti en co-auteur Dr. Ponnusamy Nachimuthu legden snel uit dat de EMSL-gebruikersfaciliteit de toegang tot de diverse instrumenten en personele vaardigheden die nodig zijn voor hun onderzoek vereenvoudigde. Het combineren van de spectroscopie met beeldvorming leverde de chemische handtekening samen met de ruimtelijke verdeling van de elementen.

Terwijl ze hun onderzoek aanvankelijk uitvoerden met behulp van CdSe-kwantumdots in hun oorspronkelijke omgeving en drop-cast op een siliciumwafel, dit was een kleine stap in de richting van meer gedetailleerde onderzoeken van kwantumstippen die in een polymeermatrix zijn opgenomen. Voortbouwend op dit onderzoek, het team heeft zijn focus uitgebreid bij het bepalen van de bron van defecttoestanden in CdSe-kwantumdots met afnemende grootte en zijn rol in fasetransformatie, de elektronische structuren, en de banduitlijningen.