Los puntos cuánticos son partículas semiconductoras de tamaño nanométrico con aplicaciones potenciales en células solares y electrónica. Científicos de la Universidad de Groningen y sus colegas de ETH Zürich han descubierto ahora cómo aumentar la eficiencia de la conductividad de carga en puntos cuánticos de plomo-azufre. Sus resultados se publicarán en la revista Avances de la ciencia el 29 de septiembre.

Los puntos cuánticos son grupos de unos 1, 000 átomos que actúan como un gran "superátomo". Los puntos, que se sintetizan como coloides, es decir, suspendido en un líquido como una especie de pintura, se puede organizar en películas delgadas con técnicas de procesamiento simples basadas en soluciones. Estas películas delgadas pueden convertir la luz en electricidad. Sin embargo, Los científicos han descubierto que las propiedades electrónicas son un cuello de botella. "Especialmente la conducción de agujeros, la contraparte positiva de los electrones cargados negativamente, "explica Daniel Balazs, Doctor. estudiante del grupo de Fotofísica y Optoelectrónica de la Prof. Maria A. Loi en el Instituto Zernike de Materiales Avanzados de la Universidad de Groningen.

Estequiometria

El grupo de Loi trabaja con puntos cuánticos de plomo-sulfuro. Cuando la luz produce un par de agujeros de electrones en estos puntos, el electrón y el agujero no se mueven con la misma eficacia a través del ensamblaje de puntos. Cuando el transporte de cualquiera sea limitado, los huecos y los electrones pueden recombinarse fácilmente, lo que reduce la eficiencia de la conversión de luz a energía. Por lo tanto, Balazs se propuso mejorar la mala conductancia del agujero en los puntos cuánticos y encontrar un conjunto de herramientas para hacer que esta clase de materiales sea sintonizable y multifuncional.

"La raíz del problema es la estequiometría de plomo-azufre, ", explica. En puntos cuánticos, casi la mitad de los átomos se encuentran en la superficie del superátomo. En el sistema de plomo-azufre, los átomos de plomo llenan preferentemente la parte exterior, lo que significa una proporción de plomo a azufre de 1:3 en lugar de 1:1. Este exceso de plomo hace que este punto cuántico sea un mejor conductor de electrones que los agujeros.

Peliculas delgadas

En material a granel, El transporte generalmente se mejora "dopando" el material:agregando pequeñas cantidades de impurezas. Sin embargo, los intentos de añadir azufre a los puntos cuánticos han fracasado hasta ahora. Pero ahora, Balazs y Loi han encontrado una manera de hacer esto y así aumentar la movilidad de los huecos sin afectar la movilidad de los electrones.

Muchos grupos han intentado combinar la adición de azufre con otros pasos de producción. Sin embargo, esto causó muchos problemas, como interrumpir el ensamblaje de los puntos en la película delgada. En lugar de, Balazs primero produjo películas delgadas ordenadas y luego agregó azufre activado. Los átomos de azufre se agregaron con éxito a la superficie de los puntos cuánticos sin afectar las otras propiedades de la película. "Un análisis cuidadoso de los procesos químicos y físicos durante el ensamblaje de películas delgadas de puntos cuánticos y la adición de azufre extra eran lo que se necesitaba para obtener este resultado. Es por eso que nuestro grupo, con la cooperación de nuestros colegas químicos de Zúrich, tuvo éxito al final ".

Dispositivos

El equipo de Loi ahora puede agregar diferentes cantidades de azufre, lo que les permite sintonizar las propiedades eléctricas de los conjuntos de superátomos. "Ahora sabemos que podemos mejorar la eficiencia de las células solares de puntos cuánticos por encima del récord actual del 11 por ciento. El siguiente paso es demostrar que este método también puede fabricar otros tipos de dispositivos funcionales como los dispositivos termoeléctricos". Subraya las propiedades únicas de los puntos cuánticos:actúan como un átomo con propiedades eléctricas específicas. "Y ahora podemos ensamblarlos y diseñar sus propiedades eléctricas como queramos. Eso es algo que es imposible con materiales a granel y abre nuevas perspectivas para los dispositivos electrónicos y optoelectrónicos".