UO-industriens samarbejde peger på forbedrede nanomaterialer

En potentiel vej til at identificere ufuldkommenheder og forbedre kvaliteten af ​​nanomaterialer til brug i næste generations solceller er opstået fra et samarbejde mellem University of Oregon og industriforskere.

For at øge lyshøstningseffektiviteten af ​​solceller ud over siliciumgrænsen på omkring 29 procent, producenter har brugt lag af kemisk syntetiserede halvleder nanokrystaller. Egenskaber af kvanteprikker, der produceres, manipuleres ved at kontrollere den syntetiske proces og overfladens kemiske struktur.

denne proces, imidlertid, skaber ufuldkommenheder ved de overfladedannende fældetilstande, der begrænser enhedens ydeevne. Indtil for nylig, forbedringer i produktionskvalitet har været afhængige af feedback fra traditionelle karakteriseringsteknikker, der undersøger gennemsnitlige egenskaber for et stort antal kvanteprikker.

"Vi ønsker at bruge disse materialer i rigtige enheder, men de er endnu ikke optimeret, " sagde medforfatter Christian F. Gervasi, en UO ph.d.-studerende.

I deres undersøgelse, detaljeret i Journal of Physical Chemistry Letters , forskere undersøgte elektroniske tilstande af blysulfid nanokrystaller. Ved at bruge et specielt designet scanning tunneling mikroskop, forskere skabte kort i atomskala over tætheden af ​​tilstande i individuelle nanokrystaller. Dette gjorde det muligt for dem at udpege energierne og lokaliseringen af ​​ladningsfælder forbundet med defekter i nanokrystaloverfladestrukturen, der er skadelige for elektronudbredelsen.

Mikroskopet blev designet i laboratoriet af medforfatter George V. Nazin, en professor i UO Institut for Kemi og Biokemi. Dets brug blev beskrevet i et tidligere papir i samme tidsskrift, hvor Nazins laboratoriemedlemmer var i stand til at visualisere de indre strukturer af elektroniske bølger fanget af eksterne elektrostatiske ladninger i kulstofnanorør.

"Denne teknologi er virkelig cool, " sagde Peter Palomaki, seniorforsker for Voxtel Nanophotonics og medforfatter på det nye papir. "Når man virkelig graver ned i videnskaben på et meget grundlæggende niveau, dette problem har altid været et åbent spørgsmål. Dette papir er kun toppen af ​​isbjerget i forhold til at kunne forstå, hvad der foregår."

Indsigten, han sagde, skal hjælpe producenter med at justere deres syntese af nanokrystaller, der bruges i en række elektroniske enheder. Medforfatter Thomas Allen, også seniorforsker ved Voxtel, var enige. Projektet begyndte efter Allen hørte Gervasi og Nazin diskutere mikroskopets muligheder.

"Vi ville se, hvad mikroskopet kunne udrette, og det viser sig, at det giver os en masse information om fældetilstande og dybden af ​​fældetilstande i vores kvanteprikker, " sagde Allen, som sluttede sig til Voxtel efter at have gennemført Industrial Internship Program i UO's Materials Science Institute. "Oplysningerne vil hjælpe os med at finjustere ligandkemien for at lave bedre enheder til fotovoltaik, detektorer og sensorer."

De fældetilstande, der ses af mikroskopet i dette projekt, kan forklare, hvorfor nanopartikelbaserede solceller endnu ikke er blevet kommercialiseret, sagde Nazin.

"Nanopartikler er ikke altid stabile. Det er et grundlæggende problem. Når man syntetiserer noget i denne skala, får man ikke nødvendigvis den samme struktur for alle kvanteprikkerne. At arbejde på atomær skala kan give store variationer i de elektroniske tilstande. Vores værktøj giver os mulighed for at se disse tilstande direkte og giver os mulighed for at give feedback på materialerne."