(Phys.org) -- Ibland för att svara på stora frågor, du måste börja smått - väldigt smått. Forskare från Pacific Northwest National Laboratorys Chemical Imaging Initiative gjorde just det när de analyserade kadmiumselenid, eller CdSe, kvantprickar. Kvantprickar är nanometerstora partiklar som har andra optiska och elektroniska egenskaper än deras bulkmaterial. Teamet visade hur storlek och miljö oväntat förändrar prickarnas struktur. Att förstå kemin som är involverad i dessa små transformationer har tillämpningar i hybridsolceller, där en förbättring av elektronrörligheten i slutändan kan förbättra deras totala effektivitet och förmåga att bidra till landets energibehov.
Majoriteten av kvantprickstudier fokuserar på att förbättra laddningstransporten och -insamlingen och effektiviteten hos solcellerna, men få fokuserar på den underliggande kemiska mekaniken. Denna studie var den första som undersökte hur den omgivande miljön och storleken kemiskt inducerar förändringar i strukturen hos halvledarkvantprickar. I sista hand, Att belysa de kemiska och elektroniska strukturernas interaktioner mellan CdSe-kvantprickar kommer att illustrera mekanismer som kommer att främja hybrid solcellsteknologier.
"Eftersom hybridsolceller har stor potential i kommersiella tillämpningar, de flesta börjar med att titta på den totala celleffektiviteten, och den grundläggande förståelsen av de kemiska och elektroniska strukturinteraktionerna förbises, " sa Dr Ajay Karakoti, en PNNL-forskare och studiens huvudförfattare. "Vi försöker förstå de grundläggande interaktionerna. Vi vill se till att den kemiska och strukturella integriteten inte förändras. I det här fallet, det gjorde. Det var oväntat."
Att förstå kemin som är involverad i dessa små transformationer har tillämpningar i hybridsolceller, där en förbättring av elektronrörligheten i slutändan kan förbättra deras totala effektivitet och förmåga att bidra till landets energibehov.
Olika bilder, spektroskopi, och diffraktionsinstrument vid EMSL användes för att utföra detta arbete. Instrumenten inkluderade mikroröntgendiffraktion, röntgenfotoelektronspektroskopi, och ultraviolett-synlig absorptions- och emissionsspektroskopi. Karakoti och medförfattaren Dr. Ponnusamy Nachimuthu var snabba med att förklara att EMSL-användarfaciliteten förenklade tillgången till de olika instrumenterings- och personalkompetenser som krävs för deras forskning. Kombinationen av spektroskopin med avbildning gav den kemiska signaturen tillsammans med den rumsliga fördelningen av elementen.
Medan de till en början genomförde sin studie med CdSe-kvantprickar i sin inhemska miljö och droppgjutna på en silikonwafer, detta var ett litet steg mot mer detaljerade undersökningar av kvantprickar inkorporerade i en polymermatris. Med utgångspunkt i denna forskning, teamet har utökat sitt fokus för att fastställa källan till defekttillstånd i CdSe-kvantprickar med minskande storlek och dess roll i fastransformation, de elektroniska strukturerna, och bandinriktningarna.
