Тийл Скот: Как да отслабнем (февруари 2021).
Изследователи от Министерството на енергетиката на Еймс в САЩ са разработили германиеви наночастици с подобрена фотолуминесценция, което ги прави потенциално по-добри материали за слънчеви клетки и образни сонди. Изследователският екип установи, че добавяйки калай към сърцевината на германиевите наночастици, неговата решетъчна структура по-добре съответства на решетъчната структура на кадмиевия сулфиден слой, което позволява на частиците да абсорбират повече светлина.
„За фотоволтаичните материали абсорбционната светлина е може би първата част, а превръщането на слънчевата енергия в електричество е втората част“, каза Емили Смит, ръководител на лабораторията на Еймс. „Значи искате материал, който го прави ефективно.“ Германийът има някои желани свойства за фотоволтаични материали, но за съжаление не абсорбира добре светлината. "
Част от проблема е, че външната повърхност на германиевите наночастици се променя с течение на времето, главно от окисляването. Предишна работа на учените от лабораторията на Ames Хавиер Вела установява, че покриващите наночастици - често наричани пасивация на повърхността - подобряват способността на наночастиците да абсорбират светлината.
„Всъщност ние не приемаме абсорбция - обяснява Смит - ние измерваме луминесценцията - количеството светлина, предадено след поглъщане на фотони“.
„Фактът, че немският не абсорбира добре светлината, е лесен начин да се каже, че е непряк материал“, добавя Смит, „и ние се опитваме да създадем материал с права лента, който поглъща светлината по-добре“.
Според научната литература добавянето на калай изглежда подобрява абсорбционните свойства на германия. Изследователите на лабораторията Ames обаче установяват, че дори при добавяне на калай, наночастиците все още се нуждаят от повърхностна обработка. Те обаче откриха, че връзката между атомната структура на повърхностното покритие и основния материал може допълнително да увеличи абсорбцията на светлина.
Специфичният метод, който се използва, се нарича последователна адсорбция и реакция на йонния слой или „SILAR“, който за първи път е адаптиран към колоидите от група IV преди няколко години.
„Развиваме експертния опит, необходим за производството на сложна сърцевина/обвивка и други добре дефинирани наночастици за много години напред“, каза Вела. "Чрез нашето сътрудничество с Emily Smith Group, ние се надяваме да продължим да можем да манипулираме и насочваме енергийните потоци в нанометъра."
Използвайки изследвания на електронен микроскоп и рентгенова дифракция на прах за изследване на структурните характеристики на наночастици и Раман и фотолуминесцентни спектроскопии за количествено определяне на щама на решетката и фотолуминесцентното поведение, групата откри корелация между количеството калай в ядрото и решетката, съответстваща решетъчната решетка към външната решетка.
"Атомите са на много специфично място в нанокристалното ядро и когато нанесете обвивката около нанокристала, атомите на черупката не съвпадат точно с атомите на ядрото", каза Смит. "С единствения използван в Германия материал преди, сърцевината и обвивката не се срещаха идеално."
"Когато изследвахме частиците германий и калай, ние предложихме те да работят по-добре, тъй като разстоянието между атомите по-добре съвпада с разстоянието на атомите, които използвахме в слоя на обвивката", каза тя. "По този начин получавате по-съвършена обвивка, която е по-малко вероятно да причини химически промени на повърхността на ядрото на наночастиците."
Друга възможност за използване на този материал, в допълнение към фотоволтаиците, е, че при микроскопията или изображенията изследователите често трябва да „маркират“ протеин или друго свойство с „сонда“ от наночастици, за да го осветят, което улеснява виждането и изучаването.
Резултатите от изследването „Нанокристално ядро / сърцевина на кадмиев сулфид/нанокристали Shell с подобрена близка инфрачервена фотолуминесценция“ са публикувани в списание Chemistry of Materials в Американското химическо общество.