Передача энергии возможна при помощи триплетных экситонов

При поглощении света пентаценом, генерируемые экситоны быстро распадаются на два триплетных состояния, которые можно эффективно передавать на неорганические нанокристаллы. (кликните картинку для увеличения)

При поглощении света пентаценом, генерируемые экситоны быстро распадаются на два триплетных состояния, которые можно эффективно передавать на неорганические нанокристаллы. (кликните картинку для увеличения)

13.10.2014 (7:29)
Просмотров: 2194
Рейтинг: 2.00
Голосов: 2

Теги:
нанокристалл, пентацен, экситон, атом,
Естественные науки >> Физика






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
Исследователи из Великобритании в рамках своей последней работы наблюдали переходы спин-триплетных экситонов из органического полупроводника пентацена в неорганические нанокристаллы селенида свинца. Обнаруженный механизм в перспективе может быть использован, чтобы помочь уменьшить нежелательные потери тепла в фотоэлектрических устройствах, тем самым, убрав фундаментальное ограничение их производительности.

Экситоны (спаренные электрон и дырка проводимости) – недолговечные квазичастицы, возникающие, когда свет падает на полупроводник, обеспечивая возбуждения электронов из валентной зоны (где они тесно связаны с атомом) с их переходом в зону проводимости (где они могут перемещаться, обеспечивая перенос заряда). Каждый электрон оставляет «дырку проводимости» в валентной зоне, при этом электрон остается в непосредственной близости от этой дырки в связанной системе экситона. Спин-синглетный экситон представляет собой ситуацию, когда в молекуле два спаренных электрона имеют противоположное направление спина, что приводит к нулевому магнитному состоянию. Спин-триплетный экситон упрощенно можно представить, как два спаренных электрона, спины которых имеют одинаковое направление. Таким образом, спин-триплетный экситон ведет себя, как простейший магнит.

Спин-синглетные экситоны можно назвать «яркими», поскольку их энергия легко может быть собрана в таких устройствах, как солнечные батареи. В отличие от них, спин-триплетные экситоны – «темные», поскольку поведение электронов в этой системе затрудняет сбор переносимой энергии. Ключевая задача при создании высокоэффективного солнечного элемента – извлечение электронов из этих триплетных экситонов. Как показала последняя работа группы исследователей из University of Cambridge (Великобритания), этого можно добиться при помощи объединения таких материалов, как пентацен с обычным полупроводником, например, кремнием. В перспективе это поможет даже преодолеть существующий на сегодняшний день фундаментальный предел эффективности солнечных батарей.

В своем исследовании научная группа изучила ультратонкие органические/неорганические двухслойные пленки, состоящие из пентацена и селенида свинца. При помощи самых современных методик лазерной спектроскопии они увидели, как формируются спин-триплетные экситоны, когда пентацен облучается коротким (фемтосекундным) лазерным импульсом. Затем они наблюдали, как в течение одной пикосекунды эти экситоны переходят с пентацена на нанокристаллы селенида свинца.

Когда пентацен возбуждается светом, фотогенерируемые спин-синглетные экситоны сразу разделяются на два спин-триплетных экситона с меньшей энергией. Результаты, полученные учеными, показывают, что на каждый поглощенный фотон приходится более 1,9 перехода триплетных экситонов из пентацена в полупроводниковый селенид свинца. Сам переход происходит из-за того, что на границе ультратонкого органического и неорганического полупроводника, волновые функции возбужденных состояний пересекаются. Это перекрытие позволяет электронам и дыркам проводимости, входящим в триплетный экситон, переходить с пентацена на нанокристаллы селенида свинца. Стоит отметить, что теория такой передачи была впервые описана еще в середине XX века.

Триплетные экситоны уже давно рассматриваются, как основной канал теплопотерь в органических светоизлучающих диодах и фотоэлементах. Таким образом, описанный механизм преумножения носителей заряда в перспективе поможет уменьшить нежелательную потерю тепла, выделяющегося при высоких энергиях возбуждения, распределяя энергию синглетных экситонов на два более стабильных триплета.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nature Materials.

В настоящее время команда ищет, как спин-триплетный перенос энергии можно распространить на другие органические/неорганические системы. В перспективе они хотели бы разработать недорогое покрытие, которое могло бы использоваться для повышения эффективности преобразования энергии в солнечных элементах.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное


Rambler's Top100