Três elétrons para o preço de um
Pesquisadores criaram um novo material que pode produzir três ou mais elétrons livres cada vez que ela absorve um fóton único. Isso é diferente de semicondutores convencionais, que produzem apenas um elétron livre por fóton. Baseado em estruturas de semicondutores minúsculos chamados pontos quânticos, o novo material - desenvolvido por pesquisadores da Delft University of Technology na Holanda e na Europa Toyota na Bélgica - poderia algum dia ser usada para fazer células solares mais eficientes.
Células solares funcionam absorvendo fótons, cada um dos que liberta um buraco de elétron e com carga positiva que viajam em direções opostas, criando assim uma tensão e corrente que pode fazer o trabalho. No entanto, quando um elétron é liberado, um monte de sua energia cinética é perdida para o semicondutor na forma de calor, em vez de estar disponível como energia elétrica útil.Os investigadores estão, portanto, interessados em desenvolver novos materiais em que alguns ou todos esta energia é captada, em vez de desperdiçada.
Uma maneira de capturar essa energia é a utilização de filmes finos de pontos quânticos em que a energia necessária para liberar um elétron pode ser aperfeiçoá-lo, ajustando o tamanho dos pontos. Um elétron pode, portanto, liberar mais elétrons, uma vez que viaja através de um ponto em um processo conhecido como "multiplicação do portador". Infelizmente, essa abordagem não envolve elétrons verdadeiramente livres e buracos -, mas sim excitons, que estão vinculados pares de elétrons e buracos. Embora excitons pode ser separada em cargas livres através da aplicação de um campo elétrico ou ligar os pontos para outro material semicondutor, ambas as técnicas reduzem a eficiência dos dispositivos.
Agora, Michiel Aerts e colegas fizeram um filme de pontos quânticos em que a multiplicação do portador ocorre com os elétrons livres, ao invés de excitons. Os pontos quânticos são cada cerca de 5 nm de diâmetro e são feitos de seleneto de chumbo compostos de semicondutores. Os próprios filmes são feitos por imersão do substrato de quartzo em uma solução dos pontos.
Estável, mas a realização de
Um desafio para Aerts foi para se certificar de que os elétrons podem se mover facilmente entre os pontos quânticos individuais. Este é normalmente um problema, porque as nanopartículas têm de ser revestidas com uma camada isolante orgânico para impedi-los de degradação, enquanto o filme está sendo feito. Então, o que Aerts e seus colegas fizeram foi trabalhar para fora uma maneira de remover a camada orgânica dos pontos no filme de modo que a condução pode ocorrer.
O processo de multiplicação transportadora inicia-se quando um fóton é absorvido por um ponto quântico, que liberta um elétron e buraco que pode, então, viajar para pontos adjacentes para liberar elétrons e buracos ainda mais. Usando uma técnica chamada tempo resolvido microondas condutividade (TRMC) para medir a condutividade dos filmes, a equipe foi capaz de mostrar que - em média - cerca de três elétrons livres são criados por fóton quando os filmes são iluminados com luz ultravioleta 400 nm. Este comprimento de onda é mesmo à beira do espectro visível e, portanto, abundante em luz solar.
Aerts disse physicsworld.com que a equipe agora quer tentar fazer células solares a partir dos filmes. Em teoria, como células solares poderiam obter eficiências de 44%, em comparação com o limite teórico de 35% sobre as células convencionais de silício. Embora os filmes quantum-dot são relativamente baratos e fáceis de produzir, fazendo com que dispositivos fora deles não é fácil. Além de seleneto de chumbo ser um material tóxico, os pontos quânticos se deteriorar rapidamente quando exposto ao ar.
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