Nanotechnologia sposobem na okiełznanie podczerwieni

Plazmonika to fascynująca i szybko rozwijająca się dziedzina. Szczególnym zainteresowaniem cieszy się zlokalizowany powierzchniowy rezonans plazmonowy (LSPR), dający się zaobserwować w NC metali szlachetnych, który prowadzi do silnego rozproszenia światła i nasilonej interakcji między światłem a materią. Jednak w takich przypadkach LSPR ogranicza się do widocznych długości fali.

Z ostatnich badań wynika, że półprzewodnikowe plazmoniczne NC o obniżonej zawartości miedzi przejawiają silny LSPR w zakresie bliskiej podczerwieni widma elektromagnetycznego. To fascynujące odkrycie umożliwia dokonanie przesunięć szczytowych na wyższe długości fali w porównaniu do długości widzialnych, a tym samym przezroczystość materiałów półprzewodnikowych blisko długości fali LSPR.

W oparciu o to odkrycie finansowany przez UE projekt "Near-infrared semiconductor plasmonic nanocrystals for enhanced photovoltaics" (NIRPLANA) skupił się na zsyntetyzowaniu i wcieleniu plazmonowych NC do cienkowarstwowych ogniw fotowoltaicznych. Postępy w ramach projektu powinny wytyczyć szlak ku produkcji ogniw słonecznych, które wychwytują promieniowanie podczerwone ignorowane przez większość ogniw.

Naukowcy opracowali różne materiały plazmoniczne NC i uznali kowelin za najbardziej obiecującego kandydata do zastosowań fotowoltaicznych. Kontrola nad ich grubością i średnicą pozwoliła dostosować amplitudę LSPR, która była wysoka blisko długości fali rzędu 1 mikrometra.

Zsyntetyzowano także trzy różne materiały dla warstwy absorbera. Krawędź absorpcji ołowiowo–siarczkowych NC okazała się być zbliżona do amplitudy LSPR kowelinowych NC. Dla tellurku kadmu należy opracować bardziej odpowiednie plazmoniczne NC.

Aby osiągnąć efektywny transport ładunku poprzez ogniwo słoneczne, naukowcy zastąpili ligandy organiczne o długim łańcuchu przymocowane w czasie syntezy do powierzchni NC krótszymi ligandami. Ponadto stworzyli odpowiednią metodę przygotowania cienkowarstwowych kropek kwantowych z nieorganicznymi ligandami siarkowymi do włączenia do ogniw słonecznych bazujących na kropkach kwantowych. Procedura powstała, by spreparować ołowiowo-siarczkowe NC ogniwa słoneczne w powietrzu, o współczynniku konwersji rzędu 0,5%.

Odkrycia dokonane w ramach projektu mogą zainspirować do przyjęcia nowych kierunków w syntezowaniu, przetwarzaniu i stosowaniu NC w rozwiązaniach wykorzystujących energię słoneczną. NC ogniwa słoneczne, wychwytujące szersze widmo światła, mogą stanowić wykonalną opłacalną alternatywę dla obecnych technologii ogniw słonecznych.