Een mogelijk pad om onvolkomenheden te identificeren en de kwaliteit van nanomaterialen voor gebruik in zonnecellen van de volgende generatie te verbeteren, is voortgekomen uit een samenwerking tussen de Universiteit van Oregon en industriële onderzoekers.

Om de lichtopbrengst van zonnecellen te verhogen tot boven de siliciumlimiet van ongeveer 29 procent, fabrikanten hebben lagen van chemisch gesynthetiseerde halfgeleider nanokristallen gebruikt. Eigenschappen van geproduceerde kwantumdots worden gemanipuleerd door het synthetische proces en de chemische oppervlaktestructuur te beheersen.

Dit proces, echter, creëert onvolkomenheden bij de oppervlaktevormende valtoestanden die de prestaties van het apparaat beperken. Tot voor kort, verbeteringen in de productiekwaliteit waren gebaseerd op feedback van traditionele karakteriseringstechnieken die de gemiddelde eigenschappen van grote aantallen kwantumdots onderzoeken.

"We willen deze materialen gebruiken in echte apparaten, maar ze zijn nog niet geoptimaliseerd, " zei co-auteur Christian F. Gervasi, een UO-promovendus.

In hun studie hebben gedetailleerd in de Journal of Physical Chemistry Letters , onderzoekers onderzochten elektronische toestanden van loodsulfide nanokristallen. Door gebruik te maken van een speciaal ontworpen scanning tunneling microscoop, onderzoekers creëerden kaarten op atomaire schaal van de dichtheid van toestanden in individuele nanokristallen. Hierdoor konden ze de energieën en lokalisatie van ladingsvallen lokaliseren die verband houden met defecten in de oppervlaktestructuur van nanokristallen die schadelijk zijn voor de voortplanting van elektronen.

De microscoop is ontworpen in het laboratorium van co-auteur George V. Nazin, een professor in de UO Vakgroep Chemie en Biochemie. Het gebruik ervan werd beschreven in een eerder artikel in hetzelfde tijdschrift, waarin de laboratoriumleden van Nazin de interne structuren van elektronische golven konden visualiseren die waren opgesloten door externe elektrostatische ladingen in koolstofnanobuisjes.

"Deze technologie is echt cool, " zei Peter Palomaki, senior wetenschapper voor Voxtel Nanophotonics en co-auteur van het nieuwe artikel. "Als je echt op een heel fundamenteel niveau in de wetenschap duikt, dit probleem is altijd een open vraag geweest. Dit document is slechts het topje van de ijsberg om te begrijpen wat er aan de hand is."

het inzicht, hij zei, moet fabrikanten helpen bij het aanpassen van hun synthese van nanokristallen die in een verscheidenheid aan elektronische apparaten worden gebruikt. Co-auteur Thomas Allen, ook een senior wetenschapper bij Voxtel, Akkoord. Het project begon nadat Allen Gervasi en Nazin hoorde praten over de mogelijkheden van de microscoop.

"We wilden zien wat de microscoop kon bereiken, en het blijkt dat het ons veel informatie geeft over de valtoestanden en de diepten van de valtoestanden in onze kwantumstippen, " zei Allen, die bij Voxtel kwam na het afronden van het Industrial Internship Program aan het Materials Science Institute van de UO. "De informatie zal ons helpen de ligandchemie te verfijnen om betere apparaten voor fotovoltaïsche energie te maken, detectoren en sensoren."

De valtoestanden die door de microscoop in dit project worden gezien, kunnen verklaren waarom op nanodeeltjes gebaseerde zonnecellen nog niet op de markt zijn gebracht. zei Nazion.

"Nanodeeltjes zijn niet altijd stabiel. Het is een fundamenteel probleem. Als je iets op deze schaal synthetiseert, krijg je niet noodzakelijk dezelfde structuur voor alle kwantumstippen. Werken op atomaire schaal kan grote variaties in de elektronische toestanden veroorzaken. Met onze tool kunnen we deze statussen direct zien en kunnen we feedback geven over de materialen."