Netwerk van direct gebonden nanokristallen veelbelovend voor toekomstige zonnecellen en elektronica

Het onderzoek, dat onder leiding staat van Laurens Siebbeles (TUD), draait om tweedimensionale netwerken van nanokristallen in de vorm van loodselenide (PbSe) quantum dots. Quantum dots zijn een soort kunstmatige atomen.

Nu zijn netwerken van PbSe-quantum dots niet onbekend. Ze worden al langer gefabriceerd. Het nieuwe element zit in de manier waarop de quantum dots chemisch met elkaar verbonden zijn. Tot nu toe zaten ze aan elkaar vast via koolstof-gebaseerde moleculen. De onderzoekers zijn er in geslaagd anders samengestelde tweedimensionale netwerken van PbSe-quantum dots te maken. Deze quantum dots zijn niet meer verbonden door koolstof-gebaseerde moleculen maar via een directe chemische binding, de covalente binding (of atoombinding). En deze verandering blijkt een veelbelovende positieve invloed te hebben op de eigenschappen van de netwerken.

Zeer beweeglijke ladingen
De belangrijkste verbeterde eigenschap is wel dat ladingsdragers (bijvoorbeeld elektronen) met hoge snelheid door het netwerk kunnen bewegen. De beweeglijkheid ligt minstens een factor tien hoger dan voor de PbSe-netwerken met koolstof-gebaseerde moleculen. De beweeglijkheid is een belangrijke parameter, bijvoorbeeld in het rendement dat een dergelijk materiaal zou hebben in een zonnecel-toepassing. Maar ook voor andere toepassingen is deze verhoging van de beweeglijkheid goed nieuws, zoals in infrarood-detectoren of transistoren. Overigens zal volgens Siebbeles een eventuele toepassing nog nader onderzoek vereisen.   

Ladingsvermenigvuldiging

De vinding is om nog een andere reden van belang voor toekomstige zonnecellen. In nanokristallen, zoals PbSe, kan de absorptie van een enkel foton namelijk leiden tot meerdere aangeslagen elektronen: twee voor de prijs van één dus. Volgens allereerste metingen treedt ladingsvermenigvuldiging in de nieuwe netwerken al op bij een lagere foton energie dan voorheen in netwerken met koolstofgebaseerde moleculen.

De Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM) is hoofdfinancier van dit onderzoek. Vanuit de TU Delft werkten medewerkers van de afdeling Chemical Engineering van de Faculteit Technische Natuurwetenschappen en het Kavli Institute of Nanoscience aan dit onderzoek.