(Phys.org) -- A volte per rispondere a grandi domande, devi iniziare in piccolo, molto piccolo. Gli scienziati della Chemical Imaging Initiative del Pacific Northwest National Laboratory hanno fatto proprio questo quando hanno analizzato il seleniuro di cadmio, o CDSe, punti quantici. I punti quantici sono particelle di dimensioni nanometriche che hanno proprietà ottiche ed elettroniche diverse rispetto ai loro materiali sfusi. Il team ha mostrato come le dimensioni e l'ambiente alterano inaspettatamente la struttura dei punti. Comprendere la chimica coinvolta in queste minuscole trasformazioni ha applicazioni nelle celle solari ibride, dove il miglioramento della mobilità degli elettroni può in definitiva migliorare la loro efficienza complessiva e la capacità di contribuire al fabbisogno energetico della nazione.
La maggior parte degli studi sui punti quantici si concentra sul miglioramento del trasporto e della raccolta di carica e sull'efficienza delle celle solari, ma pochi si concentrano sulla meccanica chimica sottostante. Questo studio è stato il primo a esaminare come l'ambiente circostante e le dimensioni inducano chimicamente cambiamenti nella struttura dei punti quantici dei semiconduttori. In definitiva, chiarire le interazioni chimiche ed elettroniche della struttura dei punti quantici di CdSe illustrerà i meccanismi che faranno progredire le tecnologie delle celle solari ibride.
"Poiché le celle solari ibride hanno un grande potenziale nelle applicazioni commerciali, la maggior parte delle persone inizia osservando l'efficienza complessiva della cella, e la comprensione fondamentale delle interazioni chimiche ed elettroniche della struttura viene trascurata, " ha detto il dottor Ajay Karakoti, uno scienziato del PNNL e l'autore principale dello studio. "Stiamo cercando di capire le interazioni fondamentali. Vogliamo assicurarci che l'integrità chimica e strutturale non cambi. In questo caso, lo ha fatto. È stato inaspettato".
Comprendere la chimica coinvolta in queste minuscole trasformazioni ha applicazioni nelle celle solari ibride, dove il miglioramento della mobilità degli elettroni può in definitiva migliorare la loro efficienza complessiva e la capacità di contribuire al fabbisogno energetico della nazione.
Varie immagini, spettroscopia, e strumenti di diffrazione all'EMSL sono stati utilizzati per svolgere questo lavoro. Gli strumenti includevano micro diffrazione di raggi X, Spettroscopia fotoelettronica a raggi X, e spettroscopia di assorbimento ed emissione ultravioletta-visibile. Karakoti e il coautore Dr. Ponnusamy Nachimuthu hanno spiegato rapidamente che la struttura per gli utenti EMSL ha semplificato l'accesso alla diversa strumentazione e alle competenze del personale necessarie per la loro ricerca. La combinazione della spettroscopia con l'imaging ha fornito la firma chimica insieme alla distribuzione spaziale degli elementi.
Mentre inizialmente hanno condotto il loro studio utilizzando punti quantici CdSe nel loro ambiente nativo e drop-cast su un wafer di silicio, questo è stato un piccolo passo verso esami più dettagliati dei punti quantici incorporati in una matrice polimerica. Basandosi su questa ricerca, il team ha ampliato la sua attenzione nel determinare la fonte degli stati di difetto nei punti quantici di CdSe con dimensioni decrescenti e il suo ruolo nella trasformazione di fase, le strutture elettroniche, e gli allineamenti delle bande.
