新的纳米工程方法可以在量子点中提高载体倍增

核心/壳PBSE / CDSE量子点（A）和这些纳米结构中的载流子倍增（CM）途径（B）。（a）为本研究开发的厚壳PBSE / CDSE量子点的透射电子显微镜图像。（b）通过与芯局部化的价带电子的光子碰撞的光子在壳体中产生的热孔，促使它穿过能量间隙，这产生第二电子孔对。在厚壳PBSE / CDSE量子点中，由于壳体局部孔放缓进入核心，因此该过程得到了增强。

LOS Alamos研究人员开发的一种新方法证明了由硒化烯烯（Selenide（PBSE和CDSE）的适当工程芯/壳纳米结构可以增加在简单的PBSE量子点上的四倍的载流子倍增产量。

Los Alamos，New Mexico - Los Alamos研究人员已经展示了纳入量子点的载流子倍增产量的几乎四倍。载波乘法是单个光子可以激发多个电子时。量子点是新型纳米结构，其可以成为下一代太阳能电池的基础，能够将额外的电力挤出蓝和紫外光子的额外能量。

“典型的太阳能电池吸收了太阳光谱的宽部分，但由于能量快速冷却（或”热“）电荷载体，蓝色和紫外线太阳能光子的额外能量在产生热量中浪费，”Victor Klimov说： Los Alamos National实验室的高级太阳能光学学员（CASP）中心主任。

获得两个价格的两个

“原则上，通过载体乘法将其转换成额外的光电流来恢复这种丢失的能量。在这种情况下，具有价带电子的热载体的碰撞在能量隙中激发它，“Klimov说。“以这种方式，从太阳光谱的高能端的高能端吸收单个光子的吸收不仅仅是两个电子空穴对，这就是电力输出意味着两个以获得两个。”

载体倍增在普通太阳能电池中使用的块状固体中效率低，但在超超半导体颗粒中显着增强 - 也称为量子点 - 如2004年的Lanl研究人员首次证明的（Schaller＆Klimov，Phys。莱特牧师92, 186601, 2004).然而，在传统的量子点中，载波乘法不足以提高实用设备的功率输出。

在高级太阳能光学药物中心内进行的新研究表明，适当的工程化核心/壳纳米结构由硒化烯和硒（PBSE和CDSE）制成，可以在简单的PBSE量子点上增加载流子倍增产量四倍。

Klimov解释说：“这种强大的增强主要来自热孔的异常慢的声子松弛，该热孔被捕获在厚CDSE壳内的高能量状态。这些能量孔的长寿命有助于通过与核心局部化的价带电子碰撞的互补机制，这导致高效的载流子乘法。“

冷却减慢的螺母和螺栓

为了实现慢速载体冷却的效果，LANL研究人员用特别厚的CDSE壳制造了PBSE量子点。Qianglu Lin，一名在合成这些材料的Casp学生表示，“厚壳PBSE / CDSE量子点的醒目特征是相当亮的可见发射，从壳体观察，与核心的红外发射同时观察。这表明Intraband冷却急剧放缓，使得孔位于足够长的壳体中以产生排放。“

“这种放松的放松，这是观察到的载波乘法的增强，可能涉及价值与乐队状态的核心与壳体状态之间的相互作用”解释的Nikolay Makarov，这项项目的光谱师。ISTVAN Robel，另一个Casp成员添加了“我们的建模表明当壳体足够厚时，较高能量孔状态主要位于外壳中，而低能量状态仍然限于核心。这种分离导致从低能量孔状态的电子去耦，这负责观察到的减速的冷却。“

这可能是什么意思

虽然目前的CASP工作基于PBSE / CDSE量子点，但通过控制内部冷却的“载波 - 乘法工程”的概念是通用的，并且应该可实现材料和/或纳米结构几何形状的其他组合。

杰夫·佩特里加，铅盆地化学家表示，“通过将这种新方法与用于增加多载体产率的其他证据装置，例如通过使用形状控制（如纳米棒）和/或冷却材料的材料，可以通过将这种新方法进行进一步增强载流子倍增的进一步增强。已经自然很慢，如PBTE。“应用在一起，这些策略可以提供到纳米结构的实际途径，该纳米结构表现出载体乘法性能接近节能施加的限制。

资金：高级太阳能发光物（CASP）中心是由美国能源部科学办公室资助的能源前沿研究中心。

出版物：Claudiu M.Cirloganu等，“工程准型-II型量子点的增强型载波乘法，”自然通信5，物品编号：4148; DOI：10.1038 / ncomms5148

图像：洛杉矶阿拉莫斯国家实验室