Drs. Joseph Melinger, Paul Cunningham, Joseph Tischler och Matthew Lumb bredvid en tvåfärgad femtosekund laserpump-sondapparat som används för att mäta effektiviteten av multipel excitongenerering i PbSe-halvledarnanokristaller och nanorods.
Ett tvärvetenskapligt team av forskare vid Naval Research Laboratory har upptäckt ett sätt att skräddarsy nanostrukturer som kan resultera i låga kostnader, högeffektiva solceller. Forskningen visas den 10 augusti, 2011 års nummer av tidskriften Nanobokstäver .
Tekniken bakom optoelektroniska enheter som för närvarande används har begränsats av det faktum att en enda foton absorberad av en halvledare resulterar i skapandet av ett enda elektron-hålspar, eller exciton. NRL-forskarna har funnit att en förändring av formen på PbSe (blyselenid) nanostrukturer förbättrar en nedkonverteringsprocess som kallas multipel excitongenerering. För att åstadkomma detta, laget använder långsträckta (cigarrformade) nanorods istället för sfäriskt symmetriska (bollliknande) nanokristaller.
Till skillnad från den nuvarande optoelektroniska teknologin som bygger på ett enda elektron-hålpar per foton, i multipel excitongenerering används överskottsenergin från den "heta" excitonen för att excitera en andra elektron över bandgapet vilket resulterar i skapandet av två eller flera excitoner per foton. NRL-teamets upptäckt att denna process är betydligt effektivare i de långsträckta nanorod-strukturerna ger en ny väg för att öka effektiviteten hos solceller jämfört med nuvarande toppmoderna enheter.
Dessa långsträckta strukturer är de mest effektiva fotonenerginedkonverterare som är kända. Som ett resultat, detta materialsystem ger ett sätt att skörda solenergi extremt effektivt. Dessutom, syntesprocessen är låg kostnad, vilket skulle göra dessa solceller mycket billiga, och materialen är kompatibla med lösningsbearbetning av enheter på flexibla substrat. Möjliga framtida tillämpningar som kommer från denna teknik förutom fotovoltaiska celler kan inkludera ultrakänsliga fotodetektorer, höghastighetselektronik, lysdioder, lasrar, och biologiska märkningar.
Forskargruppen består av Drs. Paul Cunningham, Janice Boercker, Matthew Lumb, Joseph Tischler, och Joseph Melinger från NRL:s Electronics Science and Technology Division; och Drs. Edward Foos och Anthony Smith från NRL:s Chemistry Division.
