Het bevorderen van licht-naar-elektriciteitsenergieconversie: nieuwe methode verlengt de levensduur van plasmonische hot gaten

Wanneer licht interageert met metalen nanostructuren, genereert het onmiddellijk plasmonische hot dragers, die dienen als belangrijke tussenproducten voor het omzetten van optische energie in hoogwaardige energiebronnen zoals elektriciteit en chemische energie. Onder deze spelen hete gaten een cruciale rol bij het verbeteren van foto -elektrochemische reacties. Ze verdwijnen echter thermisch binnen picoseconden (biljoende van een seconde), waardoor praktische toepassingen uitdagend zijn.

Nu heeft een Koreaans onderzoeksteam met succes een methode ontwikkeld om hotgaten langer te behouden en hun stroom te versterken, waardoor de commercialisering van de volgende generatie, zeer efficiënte, licht-tot-energie-conversietechnologieën wordt versneld.

Het onderzoeksteam, geleid door Distinguished Professor Jeong Young Park van het Department of Chemistry bij KAIST, in samenwerking met professor Moonang Lee van het Department of Materials Science and Engineering aan de Inha University, heeft met succes de stroom van hot gaten versterkt en in kaart gebrachte lokale huidige distributie in realtime, in realtime in kaart gebracht. Het werk is gepubliceerd in De wetenschap vordert.

Het team ontwierp een nanodiodestructuur door een metaalachtig nanomesh op een gespecialiseerd halfgeleidersubstraat (p-type galliumnitride) te plaatsen om de extractie van hete gat aan het oppervlak te vergemakkelijken. Als gevolg hiervan werd in galliumnitride -substraten uitgelijnd met de hot gat -extractierichting, de stroom van hete gaten met ongeveer twee keer versterkt in vergelijking met substraten die in andere richtingen waren uitgelijnd.

Om het au nanomesh te fabriceren, werd een polystyreen nano-koel monolaagsamenstelling eerst geplaatst op een galliumnitride (p-gan) substraat, en vervolgens werden de polystyreen nano-korrels geëtst om een ​​nanomesh-sjabloon te vormen. Vervolgens werd een 20 nm dik gouden nanobilm afgezet en werden de geëtste polystyreen nano-korrels verwijderd om de gouden nanomaatstructuur op het GAN-substraat te realiseren. Het gefabriceerde Au nanomesh vertoonde een sterke lichtabsorptie in het zichtbare bereik vanwege het plasmonische resonantie -effect.

Bovendien analyseerden de onderzoekers met behulp van een fotoconductieve atomaire krachtmicroscopie (PC-AFM) op fotocurrent mapping-systeem in realtime de stroom van hete gaten op de nanometerschaal (honderdduizendste de dikte van een menselijk haar). Ze zagen dat activering van hete gat het sterkst was bij ‘hotspots’, waarbij licht lokaal werd geconcentreerd op het gouden nanomesh. Door de groeirichting van het galliumnitridesubstraat te wijzigen, strekte de activering van het warmgat echter ook voorbij de hotspots naar andere gebieden.

Door dit onderzoek ontdekte het team een ​​efficiënte methode om licht om te zetten in elektrische en chemische energie. Deze doorbraak zal naar verwachting de volgende generatie zonnecellen, fotokatalysatoren en waterstofproductietechnologieën aanzienlijk bevorderen.

Professor Park verklaarde: “Voor het eerst hebben we met succes de stroom van hete gaten geregeld met behulp van een nanodiode -techniek. Deze innovatie biedt een groot potentieel voor verschillende opto -elektronische apparaten en fotokatalytische toepassingen. Het kan bijvoorbeeld leiden tot baanbrekende vooruitgang in zonne -energieconversietechnologieën, zoals oplossingscellen en waterstofproductie.

“Bovendien kan de realtime analysetechnologie die we hebben ontwikkeld, worden toegepast op de ontwikkeling van ultra-geminiatureerde opto-elektronische apparaten, waaronder optische sensoren en halfgeleiderscomponenten op nanoschaal.”