ஒளியால் உருவாக்கப்பட்ட மின்னூட்டங்களின் வாழ்க்கை சக்கரங்களின் டிகோடிங்

புதிய பொருட்கள் சூரிய ஒளியை மின்சாரமாகவும் எரிபொருளாகவும் மாற்றுவதற்கு புதிய தொழில்நுட்பங்களை செயல்படுத்துகிறது. மூலக்கூறுகள், சிறிய நானோ துகள்கள் மற்றும் பிற பொருட்களின் சேர்க்கைகள் அவற்றை உண்மையானதாக மாற்றும். இந்த மூலக்கூறுகள் ஒளியை உறிஞ்சி, நானோ பொருட்களுக்கு எலக்ட்ரான்களை தானம் செய்வதில் மிகச் சிறந்தவை. நானோ துகள்கள் பின்னர் எலக்ட்ரான்களைச் சுற்றி மாற்றி, கலத்திற்கான எரிபொருளை உருவாக்கும் இரசாயன எதிர்வினைகளை ஊக்குவிக்கின்றன. இருப்பினும், இந்த செயல்முறை எப்போதும் எதிர்பார்த்தபடி செயல்படாது. எலக்ட்ரான்கள் மூலக்கூறுகளில் இருந்து நானோ பொருட்களுக்கு செல்லும்போது அவற்றைக் கண்காணிக்க விஞ்ஞானிகள் இப்போது ஒரு வழியைக் கண்டுபிடித்துள்ளனர். எலக்ட்ரான்கள் எங்கு எளிதில் பயணிக்க முடியும் என்பதை ஆராய்ச்சியாளர்கள் அளவிட முடியும் மற்றும் அவை எங்கே, எப்போது, ​​அல்லது ஏன் சிக்கிக் கொள்கின்றன என்பதையும் தீர்மானிக்க முடியும். புதுமையான பொருட்களுக்கான சிறந்த சேர்க்கைகளைக் கண்டறிய முயற்சிக்கும்போது இந்தத் தகவல் முக்கியமானது.

The Journal of Physical Chemistry Letters-இல் வெளியிடப்பட்ட ஆய்வானது, சூரிய ஒளியை மின்சாரம் அல்லது எரிபொருளாக மாற்றும் மூலக்கூறுகள் மற்றும் நானோ துகள்களுக்கு இடையே பயணிக்கும் எலக்ட்ரான்களைப் பின்தொடரும் ஒரு புதிய சோதனைக் கருவியை விளக்குகிறது. துத்தநாக ஆக்சைடு, மிகவும் பொதுவான நானோ துகள்கள், முதலில் எலக்ட்ரான்களை நிறுத்துகிறது. பின்னர், பொருள் எலக்ட்ரான்களை துகள்களின் மேற்பரப்பில் மட்டுமே நகர்த்த அனுமதிக்கிறது. நானோ துகள்களால் மின்னூட்டங்கள் இழக்கப்படலாம் அல்லது சேதமடையலாம். ஆனால், மின்னூட்டங்கள் இடைநிறுத்தப்படாமல் நானோ துகள்கள் வழியாக செல்ல வேண்டும். எலக்ட்ரான்கள் பொருட்கள் வழியாக நகர்வதற்கான இடையூறுகளை வெளிப்படுத்தும் திறன், சூரிய ஒளியை மற்ற மின்சார வடிவங்களாக மாற்றுவதற்கான சிறந்த வழிகளை வடிவமைக்க ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கு உதவும்.

சூரிய ஒளியை மின் ஆற்றல் அல்லது எரிபொருளாக மாற்ற, ஒரு பொருள் ஒளியை உறிஞ்சி பின்னர் ஒளி ஆற்றலை எலக்ட்ரானுக்கு செலுத்த வேண்டும். எலக்ட்ரான்கள் பின்னர் ஒரு சுற்று உருவாக்க அல்லது இரசாயன எதிர்வினைகளை செயல்படுத்த சுற்றி நகரும். ஒளியைப் பிடிக்க மிகவும் நல்ல மூலக்கூறுகளைப் பயன்படுத்தி, எலக்ட்ரான்களை நகர்த்தும் அடி மூலக்கூறுகளுடன் அவற்றை இணைப்பதன் மூலம் இரண்டு படிகளையும் அடையலாம். முன்னதாக, எலக்ட்ரான்கள் பல பொருட்களை விட துத்தநாக ஆக்சைடைச் சுற்றி எளிதாக நகரும் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் அறிந்திருந்தனர், ஆனால் ஏன் என்று அவர்களுக்குத் தெரியவில்லை. துத்தநாக ஆக்சைடு மின்முனைகள் மற்ற வகை பொருட்களால் செய்யப்பட்ட மின்முனைகளைப் போல EEG-களுக்கு வேலை செய்யாது.

ஆற்றல் துறையின் (DOE- Department of Energy) அறிவியல் அலுவலகத்தின் மேம்பட்ட ஒளி மூலத்தில் நேரத்தைத் தீர்க்கும் எக்ஸ்ரே ஒளி எலக்ட்ரான் நிறமாலைமானி என்ற நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி, ஆராய்ச்சியாளர்கள் இப்போது மூலக்கூறுகளிலிருந்து அடி மூலக்கூறுகள் மற்றும் பின்புறம் எலக்ட்ரான்களின் பாதையைப் பின்பற்ற முடிகிறது. எலக்ட்ரான் மூலக்கூறு மற்றும் துத்தநாக ஆக்சைடில் நீண்ட நேரம் சிக்கியிருப்பதை அவர்கள் கண்டறிந்தனர். எலக்ட்ரான்கள் இறுதியாக தாவும்போது, ​​​​பொருள் எலக்ட்ரான்களை மேற்பரப்பை நோக்கி தள்ளுகிறது. அங்கு, எலக்ட்ரான்கள் அடி மூலக்கூறு வழியாக நேராக பயணிப்பதை விட எலக்ட்ரான்கள் எளிதில் சிக்கிக் கொள்கின்றன. துத்தநாக ஆக்சைடு அடி மூலக்கூறுகள் ஏன் எதிர்பார்த்த அளவுக்கு வேலை செய்யவில்லை என்பதை விளக்க இந்த ஆய்வு உதவுகிறது. இது எதிர்கால பொருட்களுக்கான புதிய சோதனைத் திட்டத்தையும் வழங்குகிறது.

References:

• Naghadeh, S. B., Luo, B., Pu, Y. C., Schwartz, Z., Hollingsworth, W. R., Lindley, S. A., & Zhang, J. Z. (2019). Size dependence of charge carrier dynamics in organometal halide perovskite nanocrystals: Deciphering radiative versus nonradiative components. The Journal of Physical Chemistry C, 123(7), 4610-4619.
• Shoaee, S., Armin, A., Stolterfoht, M., Hosseini, S. M., Kurpiers, J., & Neher, D. (2019). Decoding charge recombination through charge generation in organic solar cells. Solar RRL, 3(11), 1900184.
• Deng, Y., Zhou, H., Zhao, Y., Yang, B., Shi, M., Tao, X., & Li, C. (2022). Spatial Separation of Photogenerated Charges on Well‐Defined Bismuth Vanadate Square Nanocrystals. Small, 18(5), 2103245.