Netwerk van direct gebonden nanokristallen veelbelovend voor toekomstige zonnecellen en elektronica

Door halfgeleider-nanokristallen op een nieuwe manier direct met elkaar te verbinden kunnen netwerken worden gerealiseerd met betere elektronische eigenschappen. De gerealiseerde loodselenide netwerken zijn kunnen mogelijk in zeer efficiënt werkende zonnecellen of transistoren worden toegepast. Onderzoekers onder leiding van de TU Delft publiceren vandaag, donderdag 24 september 2015, over hun resultaten in de online editie van het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.

Het onderzoek, onder leiding van prof. Laurens Siebbeles van de faculteit Technische Natuurwetenschappen van de TU Delft, draait om tweedimensionale netwerken van nanokristallen in de vorm van loodselenide (PbSe) quantum dots (een soort kunstmatige atomen).
Nu zijn netwerken van PbSe quantum dots niet onbekend. Ze worden al langer gefabriceerd. Het verschil 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 van de TU Delft, de stichting FOM, de Universiteit Utrecht en het Franse CNRS, zijn er in geslaagd anders samengestelde tweedimensionale netwerken van PbSe quantum dots te maken. De 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.

De belangrijkste verbeterde eigenschap is wel dat ladingsdragers (bv. 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 en eerste onderzoeker dr. Wiel Evers, een eventuele toepassing nog nader onderzoek vereisen.   

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 koolstof-gebaseerde moleculen.