Forskere skærper ind på størrelse og miljøpåvirkning af kvanteprikkerne, der bruges i hybridsolceller

(Phys.org) -- Nogle gange for at besvare store spørgsmål, du skal starte småt-meget småt. Forskere fra Pacific Northwest National Laboratory's Chemical Imaging Initiative gjorde netop det, da de analyserede cadmiumselenid, eller CdSe, kvanteprikker. Kvanteprikker er partikler på nanometerstørrelse, der har andre optiske og elektroniske egenskaber end deres bulkmaterialer. Holdet viste, hvordan størrelse og miljø uventet ændrer prikkernes struktur. At forstå kemien involveret i disse små transformationer har anvendelser i hybridsolceller, hvor en forbedring af elektronmobiliteten i sidste ende kan forbedre deres samlede effektivitet og evne til at bidrage til nationens energibehov.

Størstedelen af ​​kvanteprikundersøgelser fokuserer på at forbedre ladningstransporten og -opsamlingen og effektiviteten af ​​solcellerne, men få fokuserer på den underliggende kemiske mekanik. Denne undersøgelse var den første til at undersøge, hvordan det omgivende miljø og størrelse kemisk inducerer ændringer i strukturen af ​​halvlederkvanteprikker. Ultimativt, belysning af de kemiske og elektroniske strukturinteraktioner af CdSe kvanteprikker vil illustrere mekanismer, der vil fremme hybrid solcelleteknologierne.

"Fordi hybridsolceller har et stort potentiale i kommercielle applikationer, de fleste starter med at se på den overordnede celleeffektivitet, og den grundlæggende forståelse af de kemiske og elektroniske strukturinteraktioner bliver overset, " sagde Dr. Ajay Karakoti, en PNNL-forsker og undersøgelsens hovedforfatter. "Vi forsøger at forstå de grundlæggende interaktioner. Vi vil sikre os, at den kemiske og strukturelle integritet ikke ændres. I dette tilfælde, det gjorde. Det var uventet."

Diverse billedbehandlinger, spektroskopi, og diffraktionsinstrumenter på EMSL blev brugt til at udføre dette arbejde. Instrumenterne omfattede mikrorøntgendiffraktion, røntgenfotoelektronspektroskopi, og ultraviolet-synlig absorptions- og emissionsspektroskopi. Karakoti og medforfatter Dr. Ponnusamy Nachimuthu var hurtige til at forklare, at EMSL-brugerfaciliteten forenklede adgangen til de forskellige instrumenterings- og personalefærdighedssæt, der var nødvendige for deres forskning. Kombination af spektroskopi med billeddannelse gav den kemiske signatur sammen med den rumlige fordeling af elementerne.

Mens de oprindeligt udførte deres undersøgelse ved hjælp af CdSe kvanteprikker i deres oprindelige miljø og dropcast på en siliciumwafer, dette var et lille skridt mod mere detaljerede undersøgelser af kvanteprikker inkorporeret i en polymermatrix. Med udgangspunkt i denne forskning, holdet har udvidet sit fokus på at bestemme kilden til defekttilstande i CdSe-kvanteprikker med aftagende størrelse og dets rolle i fasetransformation, de elektroniske strukturer, og båndjusteringerne.