تبدیل نور به الکتریسیته با استفاده از نقاط کوانتومی
این ماده هیبریدی هم در بررسی‌های آزمایشگاهی و هم درون ابزارهای الکترونیکی توانست کارایی بالاتری در بهره‌گیری از انرژی خورشیدی از خود نشان دهد.
بهره‌گیری از انرژی خورشید و ایجاد ابزارهای حسگری نوری نیازمند ماده‌ای است که هم بتواند نور را با بهره بالا جذب نموده و هم انرژی آن را به جریان الکتریکی تبدیل کند. یافتن مخلوط ایده‌آلی از این ویژگی‌ها در یک ماده یک مشکل است، در نتیجه دانشمندان به دنبال ترکیب مواد مختلف و ایجاد ماده هیبریدی با ویژگی‌های مورد نظر بوده‌اند.
در دو مقاله‌ای که اخیرا توسط محققان آزمایشگاه ملی بروکهاون وابسته به وزارت انرژی آمریکا، دانشگاه استونی بروک و دانشگاه نبراسکا منتشر شده است، راهکاری برای ترکیب کردن ویژگی جذب نور فوق‌العاده نقاط کوانتومی با رسانایی کنترل‌پذیر نیمه‌رسانای سولفید قلع لایه‌ای ارائه شده است. این ماده هیبریدی هم در بررسی‌های آزمایشگاهی و هم درون ابزارهای الکترونیکی توانست از طریق جذب نور توسط نقاط کوانتومی و انتقال انرژی جذب شده به نیمه‌رسانای سولفید قلع کارایی بالاتری در بهره‌گیری از انرژی خورشیدی از خود نشان دهد. از این ماده می‌توان در کاربردهای اُپتوالکترونیکی همچون ابزارهای فتوولتائیک، حسگرهای نوری و دیودهای نورافشان (LED) استفاده کرد.
بنابرگفته میرسیا کاتلت، شیمی‌فیزیکدانی که رهبری این کار را در آزمایشگاه بوکهاون بر عهده داشته است «دی‌کالکوژنیدهای فلزی دوبعدی همچون دی‌سولفیدها ویژگی‌های نویدبخشی همچون مساحت سطحی بالا برای استفاده در تبدیل انرژی خورشیدی و حسگرهای نوری دارند. اما هیچ ماده نیمه‌رسانایی همه ویژگی‌های مورد نیاز را ندارد. این مواد بسیار نازک بوده و جاذب‌های خوبی برای نور به شمار نمی‌روند. بنابراین تلاش کردیم آنها را با نانومواد دیگری همچون نقاط کوانتومی جاذب نور مخلوط کرده و بدین ترتیب عملکرد آنها را از طریق انتقال انرژی بهبود بخشیم».
پراهلاد روث، دانشجوی تحصیلات تکمیلی دانشگاه استونی بروک می‌گوید: «ما راهکار جالبی برای ایجاد تمایز میان انتقال انرژی و انتقال بار یافته‌ایم. در چنین مواد هیبریدی این دو نوع برهمکنش توسط نور ایجاد می‌شوند. ما از طیف‌سنجی تک‌بلوری برای مشاهده نحوه چشمک‌زنی نقاط کوانتومی منفرد هنگام برهمکنش با دی‌سولفید قلع ورقه‌ای بهره بردیم. این روش امکان ارزیابی نحوه برهمکنش اجزای هیبریدهای نیمه‌رسانا را به شکل انتقال انرژی یا انتقال بار فراهم می‌کند».
به گزارش ستاد توسعه فناوری نانو،این محققان مشاهده کردند که با افزایش تعداد لایه‌های نازک دی‌اکسید قلع، انتقال غیرتابشی انرژی از نقاط کوانتومی به این لایه‌ها افزایش می‌یابد. اما ارزیابی‌های آزمایشگاهی برای اثبات قابلیت‌های این ماده کافی نبود. بنابراین این محققان ماده جدید را در یک ترانزیستور نوری اثر زمینه استفاده کردند. این ترانزیستور نوعی شناساگر نوری است که به طور معمول در کاربردهای حسگری نور به کار می‌رود. استفاده از این ماده جدید در این ترانزیستورها موجب بهبود عملکرد آنها شده و در نتیجه، پاسخ نوری این ترانزیستورها 500 درصد افزایش یافت.
نتایج این کار در مجلات ACS Nano و Applied Physics Letters منتشر شده‌اند.
