Однако, когда эти частицы становятся пойманными в ловушку в солнечном материале, прежде чем они будут мочь полностью отдельный, он может уменьшить способность материала преобразовать свет в электричество.Ученые из Национальной лаборатории Аргонна американского Министерства энергетики (DOE) опубликовали новое исследование, которое определяет процесс, которым отверстия пойманы в ловушку в наночастицах, сделанных из цинковой окиси, материала потенциального интереса для солнечных заявлений, потому что это поглощает ультрафиолетовый свет.Используя рентген, произведенный Advanced Photon Source (APS) Аргонна, исследователи смогли видеть заманивание в ловушку отверстий в определенных областях наночастицы.
Это представляет заметный прогресс, поскольку предыдущие эксперименты смогли обнаружить миграцию и заманивание в ловушку электронов, но не отверстий.По словам Стивена Саутуорта, автора исследования, некоторые рассмотрели цинковую окись как возможную альтернативу диоксиду титана, обычно используемому фотогальваническому материалу.
Понимание поведения заманивания в ловушку отверстия необходимо, чтобы оценить жизнеспособность материала в приложениях солнечной энергии, сказал он.Хотя заманивание в ловушку отверстия ослабляет работу фотогальванических устройств, это может улучшить способность цинковой окиси действовать как фотокатализатор, в то время как положительные заряды, сохраненные в ловушках в материале, могут продолжить действовать как участники химических реакций.
«Если Вы делаете солнечную батарею, Вы не хотите заманивать отверстия в ловушку; но если Вы делаете фотокатализатор, Вы хотите заманить их в ловушку», сказал руководитель проекта Кристофер Милн, ученый рентгена из Института Пола Шеррера в Швейцарии. «Независимо, понимая, как эти атомы пойманы в ловушку – и как долго – кардинально важно для того, чтобы сделать функциональные материалы, которые преобразовывают свет в применимую энергию».Исследователи решили, что отверстия стали пойманными в ловушку в «кислородных вакансиях» – помещает в кристаллической решетке, где атом кислорода отсутствует. У цинковой окиси, Милн сказал, есть прозрачная структура, которая позволяет ей иметь многие из этих вакансий. Заманивание в ловушку происходит, потому что у вакансий есть более низкий энергетический уровень, чем окружающая окружающая среда, создавая энергичную расселину в леднике для мимолетных отверстий.
Чтобы сделать их измерения, исследователи объединили два различных метода рентгена: Рентгеновская абсорбционная спектроскопия и резонирующая спектроскопия эмиссии рентгена. «Объединение этих методов исключительно возможно с установкой, которую мы имеем в APS, высказывая нам мнение, которое показывает нам обоим атомную геометрию и электронную структуру материала», сказал, Аргонн делают рентген физика Жиля Думи, автора исследования, которое использовало 7ID-D beamline в APS.«APS был одним из единственных мест в мире, мы, возможно, сделали этот эксперимент. Это было очень плодотворное сотрудничество», сказал Милн.
APS – Офис САМКИ Научного Пользовательского Средства.Исследователи указали, что будущие исследования системы могли извлечь выгоду из наличия способности взять чрезвычайно быстрые снимки поведения заманивания в ловушку. Такой эксперимент мог быть проведен на предприятиях лазера на свободных электронах рентгена как Источник Когерентного света Линейного ускорителя SLAC, также Офис САМКИ Научного Пользовательского Средства.«По существу мы хотим видеть тот же самый процесс, но иметь способность взять изображения в тысячу раз быстрее», сказал Саутуорт.
«Функциональность материала всегда собирается полагаться, как поведение в прежние времена в процессе влияет на поведение в позже и более длительные времена», добавил Думи. «Нам нужны обе картины для всестороннего понимания».Статья на основе исследования, «Разоблачающего заманивания в ловушку отверстия в цинковых наночастицах окиси решенной временем спектроскопией рентгена», появился в выпуске онлайн 2 февраля Коммуникаций Природы. Физик Аргонна Энн Мари Марч также писала совместно бумагу.
Работа спонсировалась, частично, Офисом САМКИ Науки.