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可用于光伏发电的半导体纳米线诞生

 

瑞典Lund大学的研究人员们首次成功制备出半导体纳米线,而且他们可以精准可控地制备一个“多形体”纳米点。多形体纳米点是所有纳米点中最简单的,对于研究基础物理理论十分有用。他们也可用于光伏器件。

“我们的工作表明,我们可以精准控制纳米线的晶体结构,”项目领队Mats-Erik Pistol说。 “这意味着,我们可以制备出原子和周围的材料相同的量子点。”

无机纳米线,通常由III-V型半导体生长而成,对于低维物理研究来说是理想的系统。研究人员们可以利用这些材料来制备带有无缺陷界面和纳米点的异质结。另一个优点是,他们可以准确控制III-V族纳米线的晶体结构,从闪锌矿结构到纤锌矿多型体结构。多型体是具有相同的化学式的晶体,但他们的电子结构完全不同,这样的“晶相工程”晶体对于纳米线来说是很独特的。

调整生长时间

Pistol和他的同事们由使用金气溶胶粒子来诱导多型砷化镓(GaAs)的纳米线晶种开始,然后通过一种叫金属有机气相外延生长法在580℃和100mbar条件下,将这些纳米线生长在GaAs基板。研究人员们可以通过调整闪锌矿和纤锌矿纳米线的生长时间,来控制纳米线的厚度。

由于荧光和透射电子显微镜技术的结合,该团队发现他们制备出可能的最短的纤锌矿点。这些点结合电子 - 空穴对(或激子),在大约50兆电子伏能级处发光。这是首次可控地在III-V族半导体制成单个多型体纳米点,Pistol说。

强大的量子限制效应

实验还表明,短闪锌矿段/纤锌矿砷化镓量子点会限制电子,而闪锌矿中的短纤锌矿段会限制空穴。研究人员说,通过改变纳米点的厚度, 他们能够看到强烈的量子限制效应,从而使他们能够计算出的载流子(电子和空穴)在系统中的有效质量。的确,这些孔在价带的顶部具有约0.45 M0在纤锌矿砷化镓的有效质量。

 “这些非常简单的纳米点,可用来测试一些物理理论(如原子的能带结构的理论),这是因为这些量子点收到非常小的应变后,它们的原子排列方式与作为他们主体材料的相同,Pistol说道。这些纳米点也可被用来制造电活性结节,来分离和限制的电子和空穴,这可以帮助增加光伏应用中电荷载体的寿命 。

新材料在线编译整理——翻译:Gary

 

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