Uusi menetelmä kerätä energiaa valosta

University of Pennsylvanian tutkijat ovat kehitelleet uutta valosta tehokkaasi energiaa keräävää mekanismia. Sen avulla voi parantaa aurinkokennojen ja optoelektronisten laitteiden suorituskykyä.

Tutkimustyö keskittyi plasmonisiin nanorakenteisiin jotka koostuvat kultahiukkasista ja valoherkistä porphyin-molekyyleistä. Niistä rakennetuista järjestelmissä plasmoniset eli elektronien kollektiiviset värähtelyt saadaan aikaan optisella säteilyllä.

Tutkija pystyivät osoittamaan, että plasmonisista hiukkasista voidaan kerätä kuumia elektroneja ja ohjata ne molekyylielektroniseen laiteeseen, joka edustaa uutta siirtomekanismia valosta sähköksi.

Löytö vaikutti hyvältä mutta tutkijat eivät voineet heti todistaa, että optisen säteilyn parempi muuntuminen sähkövirraksi johtui plasmonien virittämistä kuumista elektroneista. Muita mahdollisuuksia oli, että porphyin-molekyyli itse oli virittynyt tai että sähkökenttä voisi keskittää tulevaa valoa.

Tutkiakseen virransynnyn mekanismia, tutkijat muuttivat järjestelmällisesti plasmonisten nanorakenteidensa eri komponentteja sekä partikkeleiden ja molekyylien kokoa sekä näiden etäisyyksiä toisistaan.

He suunnittelivat rakenteita, jotka sulkivat pois muut mahdollisuudet niin, että ainoa parannus valovirtaan oli peräisin plasmoneista kerätyistä kuumista elektroneista. Lopulta mittauksissa havaittiin tehokkuuden paranemista kolmesta kymmeneen kertaisesti verrattuna perinteisiin fotovirittymisen tiloihin.

Laitteet, joissa olisi plasmonien aiheuttamien kuumien elektronien keruuprosessi, voitaisiin räätälöidä eri sovelluksiin muuttamalla nanohiukkasien kokoa ja etäisyyttä, mikä muuttaisi valon aallonpituutta, johon plasmoni reagoi.