Kuantum sınırlaması nedeniyle band gap enerjisinin
yükselmesi, malzemenin band aralığı tarafından absorblanacak daha çok enerjije
ihtiyaç olması demektir. Daha yüksek enerji dalga boyunun daha kısa olmasıdır
(mavi şift). Nanoboyutlu malzemelerden emitlenen flüoresans ışığın dalga boyu
için de durum aynıdır ve aynı mavi şift meydana gelir. Bu özellik, bir
nanoboyutlu yarıiletkenin (kuantum dot) kristalit boyutunun kontrol edilmesiyle
bir dalgaboyu aralığında optik absorbsiyon ve emisyon özelliklerinin
ayarlanmasını sağlar.
Şekil-1: Partikül boyutu ve band
gap enerji arasındaki ilişki; CB: kondüksiyon bandı, VB: valens
bandı, LUMO: işgal edilen en yüksek moleküler orbital, HOMO: işgal edilen en
düşük moleküler orbital
Şekil-2: Bir bulk
yarıiletken, bir kuantum dot ve bir molekülün
band gap enerjisi
band gap enerjisi
Geleneksel güneş hücrelerinde (güneş pilleri) teorik verim, absorblanan bir fotonun enerjisi (band aralığını aşan) hızla ısı olarak kaybolduğundan %~33 kadardır. Ancak; kolloidal kuantum dotlarda, çoklu uyarım yaratımı (multiple exciton generation, MEG) denilen alternatif bir proses meydana gelir. Burada fazla enerjinin bir kısmı veya tamamı bir veya daha fazla ilave elektronla kondüksiyon bandını destekler ve güneş hücresinin fotoakımını artırarak verimi yükseltir.
Şekil-3(a) şematik
olarak Schottky bariyer kuantum nokta tabanlı güneş pili olarak da
adlandırılan metal yarıiletken bağlantıyı göstermektedir. Metalik elektrot
ile şeffaf cam substrat üzerine yerleştirilen ITO karşı elektrot arasında
sandviçlenmiş kuantum nokta katmanları (nanokristal film) fotoelektrolit
olarak davranır. 3 (b)'deki bant diyagramında, QD filmine yük transferi nedeniyle
bir tükenme bölgesi bulunur; metaldeki yüksek elektron yoğunluğu dolayısıyla
(~ 1022 cm-3), çökme, hücrenin
kendi tarafında göz ardı edilebilir.
Şeki-3: (a) Schottky bariyer kuantum nokta
bazlı güneş pili, (b) Schottky güneş pili bant diyagramı
Şekil-4: MEG ile rekabet edebilen
prosesler (sarı oklar atık enerjiyi gösterir); (a) fonon emisyon, (b) yüzey
durumuna elektron transferi, (c) Auger relaksasyon (elektronların fazla
enerjisi boşluğa transfer olur, valens bandın yoğun band yapısı nedeniyle fonon
soğuması hızlanır), (d) vibrasyonal kaplingle enerjinin yüzey ligandlara
transferi
|
