Investigadores del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. Han desarrollado nanopartículas de germanio con fotoluminiscencia mejorada, lo que los convierte en materiales potencialmente mejores para las células solares y las sondas de imagen. El equipo de investigación descubrió que al agregar estaño al núcleo de germanio de la nanopartícula, su estructura reticular coincidía mejorLa estructura reticular del recubrimiento de sulfuro de cadmio que permite que las partículas absorban más luz.
"Para un material fotovoltaico, obviamente absorber luz es la primera parte y convertir esa energía solar en energía eléctrica es la segunda parte", dijo la científica del Laboratorio de Ames Emily Smith. "Así que quieres un material que haga ambas cosas de manera eficiente. El germanio tiene algo decaracterísticas deseables para materiales fotovoltaicos, pero desafortunadamente no absorbe bien la luz ".
Parte del problema es que la superficie exterior de las nanopartículas de germanio cambia con el tiempo, principalmente debido a la oxidación. El trabajo previo del grupo del científico del Laboratorio Ames Javier Vela descubrió que el recubrimiento de nanopartículas, comúnmente conocido como pasivación superficial, mejoraba la capacidad de las nanopartículaspara absorber la luz.
"En realidad no estamos midiendo la absorción", explicó Smith, "medimos la luminiscencia, la cantidad de luz emitida después de que se absorbe un fotón".
"El hecho de que el germanio no absorba bien la luz es una manera simple de decir que es un material de banda prohibida indirecta", agregó Smith, "y estamos tratando de hacer un material de banda prohibida más directo, uno que absorba mejor la luz".
De acuerdo con la literatura de investigación, la adición de estaño parece mejorar las propiedades de absorción de luz del germanio. Sin embargo, los investigadores del Laboratorio de Ames descubrieron que incluso con la adición de estaño, las nanopartículas aún requerían un recubrimiento superficial. Pero también descubrieron que la relación entre elLa estructura atómica del revestimiento de la superficie y el material del núcleo pueden mejorar aún más la absorción de la luz.
El método específico utilizado se llama Adsorción y reacción sucesivas de la capa de iones o 'SILAR', que se adaptó por primera vez a los coloides del grupo IV hace varios años.
"Hemos estado desarrollando la experiencia necesaria para cultivar intrincados núcleos / capas y otras nanopartículas bien definidas durante muchos años", dijo Vela, "a través de nuestra colaboración con el grupo de Emily Smith, esperamos seguir avanzando en nuestra capacidad de manipular yla energía directa fluye a nanoescala "
Utilizando imágenes de microscopía electrónica de transmisión y difracción de rayos X en polvo para estudiar las características estructurales de las nanopartículas y las espectroscopias de fotoluminiscencia y Raman para cuantificar la tensión de la red y el comportamiento de fotoluminiscencia, el grupo encontró una correlación entre la cantidad de estaño en el núcleo y qué tan bienel enrejado del núcleo coincidía con el de la cubierta externa de sulfuro de cadmio.
"Los átomos están en una ubicación muy específica dentro del núcleo de nanocristales y cuando se aplica la cubierta alrededor del nanocristal, los átomos de la cubierta pueden no coincidir perfectamente con los átomos del núcleo", dijo Smith. "Solo con el germaniomaterial utilizado anteriormente, el núcleo y la carcasa no coincidían perfectamente "
"Cuando estudiamos las partículas de germanio-estaño, propusimos que funcionaran mejor porque la separación de los átomos coincide mejor con la separación de los átomos que usamos en la capa de recubrimiento", dijo. "Al hacer eso, estásobtener una carcasa más perfecta que sea menos probable que cause cambios químicos en la superficie del núcleo de nanopartículas "
Otro uso potencial para este material, además de la energía fotovoltaica, es que en microscopía o imágenes, los investigadores a menudo necesitan "etiquetar" una proteína u otra característica con una "sonda" de nanopartículas para que se ilumine y sea más fácil de ver y estudiar.
Los resultados de la investigación, "Nanocristales de núcleo de sulfuro de germanio-estaño / cadmio / Shell con fotoluminiscencia de infrarrojo cercano mejorado", se publicaron en la revista de la American Chemical Society Química de materiales .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Ames . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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