Seminario

Spettroscopia ultraveloce applicata a materiali

nanocompositi di interesse per il fotovoltaico

quantistico

Introduzione

• La spettroscopia ultraveloce permette di studiare eventi che avvengono in

tempi inferiori al picosecondo ().

• Il fotovoltaico quantistico è un settore di ricerca emergente che mira ad

impiegare semiconduttori confinati quantisticamente (come i quantum

dots QDs), nella costruzione delle nuove celle solari a film sottile.

• Vengono considerati, come abbinamento promettente per la realizzazione

di tali celle, strati di nanoparticelle (NPs) di ZnO con depositati punti

quantici (QDs) di PbS.

• Tramite la spettroscopia ad assorbimento transiente (TA), viene verificata

la funzionalità di questo abbinamento studiando l’efficienza del processo

Tecnica Pump Probe

Tecnica Pump Probe

per lo studio di processi ultraveloci al femtosecondo

• Il fascio pump eccita il

sistema;

• Il fascio probe agisce da

sonda del campione

fotoeccitato.

Tecnica Pump Probe

per lo studio di processi ultraveloci al femtosecondo

• Prism compressor

• Chirped mirror

Ricomprimere gli impulsi e

compensare la dispersione

Tecnica Pump Probe

per lo studio di processi ultraveloci al femtosecondo

∆

�

Spettroscopia ad assorbimento transiente

per l’analisi dei dati raccolti dai processi ultraveloci

• La trasmittanza e l’assorbanza sono tra loro legate:

� =

� ( τ , λ)

�

e

�=− ���� =��� �

₀

−

���� (τ ,λ)

• Trascurando fenomeni di riflessione e diffusione:

�=1 −�

∆

�

�

(

λ

)

=

−

∆

�

�

(

λ)

1−

�( λ)

�( λ)

Contributi al segnale transiente

∆

� ( τ , λ )

• Ground state bleach

• Emissione stimolata

• Assorbimento da stati

Contributi al segnale transiente

• Ground state bleach

• Emissione stimolata

• Assorbimento da stati

eccitati

Contributi al segnale transiente

Confinamento quantico

• Quantum Well, confinamento in un piano quantico (2D);

• Quantum Wire, confinamento in un filo quantico (1D);

• Quantum Dot, confinamento in un punto quantico (0D).

Confinamento in 1D:

Confinamento in 2D:

Confinamento quantico

• Quantum Well, confinamento in un piano quantico (2D);

• Quantum Wire, confinamento in un filo quantico (1D);

• Quantum Dot, confinamento in un punto quantico (0D).

Confinamento quantico

I quantum dots

• Il confinamento quantico tridimensionale

provoca cambiamenti nelle proprietà ottiche

ed elettroniche dei semiconduttori;

Celle fotovoltaiche ibride e celle a film sottile

• Lo strato fotoattivo di

eterogiunzione è il cuore della cella;

• Celle a film sottile realizzate tramite la

deposizione di un materiale semiconduttore

su un supporto di tipo vetroso.

Celle solari a film sottile: QDs di Pbs con NPs di ZnO

• Per il migliorare l'efficienza della cella: maggiore

contatto tra i materiali dello strato fotoattivo;

• La tecnica di deposizione "layer by layer" sostituisce i

tradizionali metodi, al fine di raggiungere un maggiore

contatto interfacciale sull'eterogiunzione.

• Nuovo abbinamento per celle a film sottile:

Nanoparticelle di ZnO con depositati punti quantici di

PbS

Iniezione elettroni verificata tramite spettroscopia TA

Iniezione elettroni verificata tramite spettroscopia TA

Iniezione elettroni verificata tramite spettroscopia TA

Iniezione elettroni verificata tramite spettroscopia TA

Conclusioni

•

_{La variazione di intensità di assorbimento A in funzione del tempo di ritardo τ , vista nel caso dei soli punti}

quantici di PbS e dell'eterogiunzione tra i punti quantici e le nanoparticelle di ZnO, mostra nel caso dello

spettro dell'eterogiunzione un decadimento ultraveloce attribuito proprio all’iniezione di elettroni dai punti

quantici di PbS alle nanopartcelle di ZnO.

•

Sulla base dei dati del decadimento esponenziale, il decadimento ultraveloce avviene in una costante di

tempo pari a 160 fs.

•

_{Il trasferimento ultraveloce dei portatori di carica, è supportato anche dall’allineamento energetico tra i}

livelli degli elettroni eccitati dei punti quantici di PbS e il più basso orbitale molecolare non occupato

(LUMO) delle nanoparticelle di ZnO.