Добавление ядра олова к ядерному ядерному наночастицу позволяет частицам поглощать больше света

]

. Наночастицы германия с улучшенной фотолюминесценцией были разработаны исследователями в Лаборатории Эймс Лаборатории энергетики США, что делает их потенциально перспективными материалами для солнечных элементов и зондов для визуализации. Исследователи обнаружили, что добавив олово в ядро ​​германия наночастиц, его решетчатая структура лучше подобрала решетчатую структуру кадмий-сульфидного покрытия, что позволило частицам поглощать больше света.

Электронные микрофотографии с высоким разрешением и элементарным отображением активных нанокристаллов на основе GeSn / CdS вблизи инфракрасного диапазона. Авторы: Эймс Лаборатория

Для фотовольтаического материала, очевидно, поглощающий свет является первой частью, и преобразование этой солнечной энергии в электрическую энергию является второй частью, . Таким образом, вы хотите получить материал, который эффективно работает. Германий обладает некоторыми желательными характеристиками для фотогальванических материалов, но, к сожалению, он не поглощает свет.

Эмили Смит, ученый лаборатории Эймса

Часть проблемы существует в том, что внешняя поверхность наночастиц германия изменяется со временем, главным образом, от окисления. Ранее работа группы ученых Ames Laboratory Хавьер Вела обнаружила, что наночастицы покрытия, обычно известные как поверхностная пассивация, усиливают потенциал наночастиц для поглощения света.

«Мы на самом деле не измеряем поглощение», Смит объяснил, «мы измеряем люминесценцию – количество света, выделяемого после поглощения фотона. «

«Тот факт, что германий не поглощает свет хорошо, – это простой способ сказать, что это косвенный материал запрещенной зоны», Смит добавил », и мы пытаемся сделать более прямую запрещенную зону материал, который лучше поглощает свет ».

Исследовательская литература предполагает, что добавление олова, по-видимому, усиливает свойства поглощения света германия. Но исследователям Ames Laboratory удалось обнаружить, что даже при добавлении олова наночастицы все еще нуждаются в поверхностном покрытии. Однако они также узнали, что связь между основным материалом и атомной структурой поверхностного покрытия может еще больше улучшить поглощение света.

Используемый конкретный метод известен как последовательная адсорбция и реакция ионного слоя (SILAR), которая была в первую очередь адаптирована для того, чтобы коллоиды группы IV несколько лет назад

«Мы разрабатываем опыт, необходимый для развития сложного ядра / оболочки и других хорошо определенных наночастиц на протяжении многих лет», Вела сказал: «Благодаря нашему сотрудничеству с группой Эмили Смит мы надеемся чтобы продолжать проникать в нашу способность манипулировать и направлять потоки энергии на наноуровне ».

Исследователи использовали порошковую рентгенограмму и просвечивающую электронную микроскопию для исследования спектроскопии комбинационного рассеяния и фотолюминесценции и структурных характеристик наночастиц для количественной оценки поведения фотолюминесценции и деформации решетки, и они обнаружили корреляцию между количеством олова в ядро и насколько хорошо решетка ядра соответствовала решетке наружной оболочки кадмий-сульфид.

Атомы находятся в очень специфическом месте в ядре нанокристалла, и когда вы наносите оболочку вокруг нанокристалла, атомы оболочки могут не идеально сочетаться с атомами ядра, w с материалом германия, который использовался ранее, ядро ​​и оболочка не соответствовали друг другу. Когда мы изучали частицы германий-олово, мы предложили, чтобы они работали лучше, потому что расстояние между атомами лучше соответствовало расстоянию между атомами, которые мы использовали в слое покрытия, делая это, вы получаете более совершенная оболочка, которая менее подвержена химическим изменениям на поверхности ядра наночастиц.

Эмили Смит Эймс Лабораторный ученый

Еще одно многообещающее использование этого материала, помимо фотовольтаики, можно найти при визуализации или микроскопии, исследователям часто нужно «маркировать» белок или любую другую особенность «зондом» наночастиц, чтобы он загорелся, легче наблюдать и учиться.

Результаты исследований, «Нанокристаллы карбамида карбамида германия-олова / кадмия с улучшенной ближнеинфракрасной фотолюминесценцией», были опубликованы в журнале «Химия материалов» Американского химического общества

Source link