Paul van Gerven
27 September 2011

Op het Kavli Institute of Nanoscience in Delft is aangetoond dat vastestoffilms van dicht op elkaar geplakte kwantumdots invallend licht met maximale efficiëntie in elektron-gatparen kunnen omzetten. Deze excitonen kunnen zich bovendien vrij door de film bewegen, alsof ze zich in een bandstructuur bevinden. Deze resultaten zijn relevant voor de ontwikkeling van op kwantumdots gebaseerde zonnecellen.

Kwantumdots zijn daarvoor interessante bouwstenen, omdat ze behalve goedkoop ook tunebaar zijn: hun eigenschappen kunnen worden gemanipuleerd via hun grootte. Een complicatie leek echter het feit dat ladingsdragers min of meer zaten opgesloten in de nanodeeltjes, omdat de stabiliserende organische liganden (’haren‘) op hun oppervlak intiem contact met buren in de weg staan.

De Delftse onderzoekers maakten daarom de liganden een stuk korter en toonden met terahertzspectroscopie aan dat de som van elektron- en gatmobiliteit een respectabele 3 cm2 V-1s-1 bedraagt. Ze hoeven hiervoor niet van kwantumdot naar kwantumdot te springen, maar krijgen een vrijwel volcontinu aanbod van energietoestanden aangeboden om uit te kiezen. Dit fenomeen, delocalisatie, ligt ook ten grondslag aan de bandstructuur van een bulk vaste stof. Toch is de tunebaarheid van de dots niet aangetast.

Gecombineerd met het feit dat de dicht bij elkaar gebrachte kwantumdots ieder invallend foton blijken te absorberen, roept deze observatie de vraag op of met deze strategie zeer efficiënte zonnecellen gemaakt kunnen worden. Daarover doen de onderzoekers in hun Nature Nanotechnology-artikel echter geen uitspraak.