Fig. 1. Diagramma schematico che illustra il principio della microscopia a forza elettrostatica risolta nel tempo sincronizzata con la punta. Credito:Università di Osaka
Un team di ricerca dell'Università di Osaka ha sviluppato un metodo migliorato per produrre immagini al microscopio in grado di individuare gli elettroni veloci che sfrecciano attraverso i nanomateriali utilizzati nei pannelli solari. Applicando la luce laser al dispositivo al momento giusto, questo gruppo ha raggiunto per la prima volta una risoluzione temporale di nanosecondi mantenendo l'ingrandimento. Questo lavoro potrebbe migliorare la qualità dei materiali fotovoltaici per dispositivi come i pannelli solari aiutando a identificare ed eliminare le inefficienze durante il processo di fabbricazione.
Le telecamere di sorveglianza sono onnipresenti, ed estremamente prezioso per la polizia quando cerca di catturare i ladri. Però, telecamere che registrano solo un singolo fotogramma al minuto sarebbero inutili per catturare rapinatori veloci che possono fuggire in meno di sessanta secondi. I pannelli solari sfruttano la potenza del sole quando gli elettroni si eccitano a un livello di energia più elevato, lasciando un vuoto, o "buco", dietro a. Però, se un elettrone si ricombina con una lacuna prima di raggiungere l'elettrodo, l'energia raccolta è persa, "derubare" il dispositivo di efficienza critica.
I metodi di microscopia attualmente disponibili sono troppo lenti per catturare i criminali sul fatto. Quindi il team di Osaka ha utilizzato la microscopia a forza elettrostatica (EFM), in cui un minuscolo, la punta a sbalzo vibrante è resa sensibile alle cariche elettriche che passano al di sotto di essa. L'EFM di solito è ancora troppo lento per osservare gli elettroni e le lacune in movimento, ma la loro innovazione chiave consisteva nell'applicare impulsi laser sincronizzati che colpivano il campione nello stesso punto dell'oscillazione del cantilever. Alterando il tempo di ritardo tra l'inizio del ciclo e l'impulso laser, sono stati in grado di creare un film con fotogrammi veloci fino a 300 nanosecondi. "Questa è la prima volta che qualcuno è stato in grado di combinare una risoluzione temporale in nanosecondi senza sacrificare l'ingrandimento, ", ha detto l'autore principale Kento Araki.
Fig. 2. Immagini di microscopia a forza elettrostatica risolta nel tempo di film sottili fotovoltaici organici a doppio strato. Il passo del telaio è di 300 ns. Il film indica chiaramente che la carica generata su uno strato superiore si dissipa e la valle al bordo dello strato superiore appare come l'evoluzione temporale dopo l'eccitazione della luce pulsata. Credito:Università di Osaka
Quando i ricercatori hanno sondato la "scena del crimine", sono stati in grado di ottenere prove video della ricombinazione mentre si stava verificando. Questo metodo può essere estremamente utile per progettare pannelli solari più efficienti riducendo le perdite di energia dovute alla ricombinazione. Secondo l'autore senior Takuya Matsumoto, "la ricerca è potenzialmente utile anche per lo studio di catalizzatori o batterie che dipendono dall'attivazione della luce".
L'articolo, "Microscopia a forza elettrostatica risolta nel tempo utilizzando la generazione di carica sincronizzata con la punta con eccitazione laser pulsata, " è stato pubblicato in Fisica delle comunicazioni .
