量子點(diǎn)技術(shù)目前已經(jīng)能商業(yè)化，用于提高產(chǎn)量以及擴(kuò)大超高畫質(zhì)(UHD)電視的色彩范圍，以免于仰賴中國幾乎壟斷市場(chǎng)的稀土元素。然而，根據(jù)美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室(Brookhaven National Laboratory；BNL)的研究發(fā)現(xiàn)，量子點(diǎn)也可以用于吸收光源，從而提高太陽光電(PV)、光催化劑、光感測(cè)器以及其他光電元件的輸出量。
“我們開發(fā)出特殊的2D材料系統(tǒng)——硫化錫(SnS2)，它類似于矽(Si)之處在于具有間接能隙，雖然無法直接為發(fā)光二極體(LED)提供足夠的電致發(fā)光，但采用二硫化鉬(MoS2)、二硫化鎢(WS2 )等其他具有高發(fā)光量的2-D材料，可為LED提供Qdot-2D混合架構(gòu)，”主導(dǎo)這項(xiàng)研究的BNL功能奈米材料中心(CFN )物理化學(xué)家Mircea Cotlet表示。CFN中心隸屬于美國能源部(DoE)科學(xué)使用者設(shè)施辦公室(Office of Science User Facility)。
研究人員展示摻雜量子點(diǎn)的奈米材料
研究人員們?cè)趯盈B的金屬硫?qū)侔雽?dǎo)體集中光能接收器以及一種或多種正電元素，如硫化物、硒化物與碲化物，而非氧化物。布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室并與石溪大學(xué)(Stony Brook University)、內(nèi)布拉斯加大學(xué)(University of Nebraska)共同合作。
研究人員表示，這種途徑利用量子點(diǎn)在不同光譜的光采集特性，并摻雜硫化錫層的導(dǎo)電率，因此可說是一種混合材料。經(jīng)由量子點(diǎn)吸收與其直徑相應(yīng)的光頻率，并將其能量轉(zhuǎn)化為至硫化钖半導(dǎo)體。結(jié)果證明這是一種可轉(zhuǎn)換PV與其他類似光感測(cè)器的理想材料。
單個(gè)奈米晶體光譜可辨識(shí)零維CdSe/ZnS奈米晶體(量子點(diǎn))與2D層疊硫化錫之間的互動(dòng)作用，其強(qiáng)度隨著硫化錫層數(shù)量增加而提高
2D硫化錫也具有較高的表面與容積比，遺憾的是，還必須藉由量子點(diǎn)提升其光吸收量，才足以實(shí)現(xiàn)商用化與光采集器。不過，研究人員在為其增加量子點(diǎn)后，即觀察到光轉(zhuǎn)化為電的能力提升了500%，讓研究人員相信這一研究結(jié)果的可行性。
Cotlet表示，“這種能量轉(zhuǎn)換是讓2D硫化錫大幅提高光吸收量的過程。”
而在實(shí)驗(yàn)室中，研究人員發(fā)現(xiàn)，增加大量的硫化錫層同樣也能提高材料的性能，并證明可成功打造光場(chǎng)效電晶體(FET)的概念。下一步，研究人員將會(huì)利用化學(xué)氣相沈積方式，試著最佳化低成本生長的材料，以期實(shí)現(xiàn)商用化。
這項(xiàng)研究是由美國國防部科學(xué)辦公室贊助。