Aprovechar el poder del sol y crear dispositivos de captación de luz o sensores de luz requiere un material que absorba la luz de manera eficiente y convierta la energía en corriente eléctrica altamente móvil. Encontrar la combinación ideal de propiedades en un solo material es un desafío,por lo que los científicos han estado experimentando formas de combinar diferentes materiales para crear "híbridos" con características mejoradas.
En dos artículos recién publicados, científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU., La Universidad de Stony Brook y la Universidad de Nebraska describen uno de esos enfoques que combina las excelentes propiedades de captación de luz de los puntos cuánticos con la conductividad eléctrica sintonizable deun semiconductor de disulfuro de estaño en capas. El material híbrido exhibió propiedades mejoradas de captación de luz a través de la absorción de luz por los puntos cuánticos y su transferencia de energía a disulfuro de estaño, tanto en pruebas de laboratorio como cuando se incorpora a dispositivos electrónicos. La investigación allana el camino para el usoestos materiales en aplicaciones optoelectrónicas como fotovoltaica de recolección de energía, sensores de luz y diodos emisores de luz LED.
Según Mircea Cotlet, el químico físico que dirigió este trabajo en el Centro de Nanomateriales Funcionales CFN de Brookhaven Lab, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE, "los dicalcogenuros metálicos bidimensionales como el disulfuro de estaño tienen algunas propiedades prometedoras para la conversión de energía solary aplicaciones de fotodetectores, incluida una alta relación de aspecto de superficie a volumen. Pero ningún material semiconductor lo tiene todo. Estos materiales son muy delgados y no absorben la luz. Por lo tanto, estábamos tratando de mezclarlos con otros nanomateriales como el cuántico absorbente de luzpuntos para mejorar su rendimiento a través de la transferencia de energía ".
Un artículo, recién publicado en la revista ACS Nano , describe un estudio fundamental del material híbrido de punto cuántico / disulfuro de estaño por sí mismo. El trabajo analiza cómo la luz excita los puntos cuánticos hechos de un núcleo de seleniuro de cadmio rodeado por una capa de sulfuro de zinc, que luego transfieren la energía absorbida acapas de disulfuro de estaño cercano.
"Hemos ideado un enfoque interesante para discriminar la transferencia de energía de la transferencia de carga, dos tipos comunes de interacciones promovidas por la luz en tales híbridos", dijo Prahlad Routh, un estudiante graduado de la Universidad de Stony Brook que trabaja con Cotlet y co-primerautor de la ACS Nano artículo. "Hacemos esto usando espectroscopía de nanocristales individuales para observar cómo los puntos cuánticos individuales parpadean cuando interactúan con disulfuro de estaño en forma de hoja. Este método sencillo puede evaluar si los componentes en tales híbridos semiconductores interactúan ya sea por energía o por transferencia de carga".
Los investigadores encontraron que la tasa de transferencia de energía no radiativa de los puntos cuánticos individuales al disulfuro de estaño aumenta con un número cada vez mayor de capas de disulfuro de estaño. Pero el rendimiento en las pruebas de laboratorio no es suficiente para probar los méritos de posibles nuevos materiales.los científicos incorporaron el material híbrido en un dispositivo electrónico, un transistor de efecto de campo fotográfico, un tipo de detector de fotones comúnmente utilizado para aplicaciones de detección de luz.
Como se describe en un artículo publicado en línea el 24 de marzo en Letras de física aplicada , el material híbrido mejoró dramáticamente el rendimiento de los transistores de efecto de campo fotoeléctrico, lo que resultó en una respuesta de fotocorriente conversión de luz en corriente eléctrica que fue 500 por ciento mejor que los transistores hechos con el material de disulfuro de estaño solo.
"Este tipo de transferencia de energía es un proceso clave que permite la fotosíntesis en la naturaleza", dijo Chang-Yong Nam, científico de materiales en el Centro de Nanomateriales Funcionales y coautor del artículo de APL. "Los investigadores han estado tratando de emulareste principio en dispositivos eléctricos de captación de luz, pero ha sido difícil particularmente para nuevos sistemas de materiales como el disulfuro de estaño que estudiamos. Nuestro dispositivo demuestra los beneficios de rendimiento obtenidos mediante el uso de procesos de transferencia de energía y nuevos materiales de baja dimensión ".
Cotlet concluye: "La idea de 'dopar' materiales en capas bidimensionales con puntos cuánticos para mejorar sus propiedades de absorción de luz es prometedora para diseñar mejores células solares y fotodetectores".
Los ex miembros del personal de Brookhaven Lab, Huidong Zang, Huang Yuan, Eli Sutter y Peter Sutter, y Jia-Shiang Wang, un estudiante graduado de la Universidad de Stony Brook que trabaja con Cotlet, también contribuyeron a este trabajo. La investigación fue financiada por el DOEOficina de Ciencias.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Brookhaven . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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