Dott. Giuseppe Melinger, Paul Cunningham, Joseph Tischler e Matthew Lumb accanto a un apparato a pompa-sonda laser a femtosecondi a due colori utilizzato per misurare l'efficienza della generazione di più eccitoni in nanocristalli e nanobarre semiconduttori di PbSe.
Un team multidisciplinare di scienziati del Naval Research Laboratory ha scoperto un modo per personalizzare le nanostrutture che potrebbero risultare in celle solari ad alta efficienza. La ricerca appare nel 10 agosto, Numero 2011 della rivista Nano lettere .
La tecnologia alla base dei dispositivi optoelettronici attualmente in uso è stata limitata dal fatto che un singolo fotone assorbito da un semiconduttore determina la creazione di una singola coppia elettrone-lacuna, o eccitone. I ricercatori dell'NRL hanno scoperto che la modifica della forma delle nanostrutture di PbSe (seleniuro di piombo) migliora un processo di conversione verso il basso noto come generazione di eccitoni multipli. Per realizzare questo, il team utilizza nanobarre allungate (a forma di sigaro) invece di nanocristalli sfericamente simmetrici (a forma di palla).
A differenza dell'attuale tecnologia optoelettronica che si basa su una singola coppia elettrone-lacuna per fotone, nella generazione di più eccitoni l'energia in eccesso dell'eccitone "caldo" viene utilizzata per eccitare un secondo elettrone attraverso il band gap risultando nella creazione di due o più eccitoni per fotone. La scoperta del team dell'NRL che questo processo è significativamente più efficiente nelle strutture allungate di nanobarre fornisce un nuovo percorso per aumentare l'efficienza delle celle solari rispetto agli attuali dispositivi all'avanguardia.
Queste strutture allungate sono i convertitori di energia fotonica più efficienti conosciuti. Di conseguenza, questo sistema di materiali fornisce un modo per raccogliere l'energia solare in modo estremamente efficiente. Inoltre, il processo di sintesi è a basso costo, il che renderebbe queste celle solari molto economiche, e i materiali sono compatibili con l'elaborazione in soluzione di dispositivi su substrati flessibili. Le possibili applicazioni future che emergono da questa tecnologia oltre alle celle fotovoltaiche potrebbero includere fotorivelatori ultrasensibili, elettronica ad alta velocità, diodi emettitori di luce, laser, ed etichette biologiche.
Il gruppo di ricerca è composto dai dott. Paul Cunningham, Janice Boercker, Matteo Lumbo, Giuseppe Tischler, e Joseph Melinger dalla divisione di scienza e tecnologia dell'elettronica di NRL; e dott. Edward Foos e Anthony Smith della divisione chimica dell'NRL.
