(Phys.org) -- Parfois pour répondre à de grandes questions, vous devez commencer petit-très petit. C'est exactement ce que les scientifiques de l'Initiative d'imagerie chimique du Pacific Northwest National Laboratory ont fait lorsqu'ils ont analysé le séléniure de cadmium, ou CdSe, points quantiques. Les points quantiques sont des particules de taille nanométrique qui ont des propriétés optiques et électroniques différentes de celles de leurs matériaux en vrac. L'équipe a montré comment la taille et l'environnement modifient de manière inattendue la structure des points. Comprendre la chimie impliquée dans ces minuscules transformations a des applications dans les cellules solaires hybrides, où l'amélioration de la mobilité des électrons peut en fin de compte améliorer leur efficacité globale et leur capacité à contribuer aux besoins énergétiques de la nation.
La majorité des études sur les points quantiques se concentrent sur l'amélioration du transport et de la collecte des charges et de l'efficacité des cellules solaires, mais peu se concentrent sur la mécanique chimique sous-jacente. Cette étude a été la première à examiner comment l'environnement et la taille environnants induisent chimiquement des changements dans la structure des points quantiques semi-conducteurs. Finalement, l'élucidation des interactions de structure chimique et électronique des points quantiques de CdSe illustrera les mécanismes qui feront progresser les technologies de cellules solaires hybrides.
« Parce que les cellules solaires hybrides ont un grand potentiel dans les applications commerciales, la plupart des gens commencent par examiner l'efficacité globale de la cellule, et la compréhension fondamentale des interactions des structures chimiques et électroniques est négligée, " a déclaré le Dr Ajay Karakoti, un scientifique du PNNL et auteur principal de l'étude. "Nous essayons de comprendre les interactions fondamentales. Nous voulons nous assurer que l'intégrité chimique et structurelle ne change pas. Dans ce cas, ça faisait. C'était inattendu."
Comprendre la chimie impliquée dans ces minuscules transformations a des applications dans les cellules solaires hybrides, où l'amélioration de la mobilité des électrons peut en fin de compte améliorer leur efficacité globale et leur capacité à contribuer aux besoins énergétiques de la nation.
Imagerie diverse, spectroscopie, et des instruments de diffraction à l'EMSL ont été utilisés pour réaliser ce travail. Les instruments comprenaient la micro diffraction des rayons X, Spectroscopie photoélectronique par rayons X, et la spectroscopie d'absorption et d'émission ultraviolet-visible. Karakoti et son co-auteur, le Dr Ponnusamy Nachimuthu, ont rapidement expliqué que la facilité d'utilisation de l'EMSL simplifiait l'accès aux divers ensembles d'instruments et de compétences du personnel nécessaires à leurs recherches. La combinaison de la spectroscopie avec l'imagerie a fourni la signature chimique ainsi que la distribution spatiale des éléments.
Alors qu'ils ont initialement mené leur étude en utilisant des points quantiques de CdSe dans leur environnement natif et en goutte-à-goutte sur une plaquette de silicium, il s'agissait d'un petit pas vers des examens plus détaillés des points quantiques incorporés dans une matrice polymère. Fort de cette recherche, l'équipe s'est davantage intéressée à la détermination de la source des états de défaut dans les boîtes quantiques CdSe de taille décroissante et à son rôle dans la transformation de phase, les structures électroniques, et les alignements de bandes.
