Promotie A. Kulkarni: halfgeleiders

24 juni 2019 10:00 - Locatie: Science Centre, TU Delft - Door: webredactie

 The nature of photoexcitations and carrier multiplication in low-dimensional semiconductors. Promotor: Prof.dr. L.D.A. Siebbeles (TNW).

Het doel van deze dissertatie is om met gebruik van ultrasnelle spectroscopietechnieken de aard van foto-excitaties en dragermultiplicatie in laag-dimensionale halfgeleiders te bestuderen. Wanneer de macroscopische afmetingen van deze halfgeleiders worden verkleind naar de nanoschaal, worden de elektronische en optische eigenschappen van het materiaal afhankelijk van grootte en verschillen zij aanmerkelijk van hun bulkequivalent als gevolg van quantum confinement en de diëlektrische omgeving waarin zij zich bevinden. Elektronen en gaten in nano-halfgeleiders kunnen elkaar aantrekken om een neutraal geladen elektron-gatpaaren te vormen, hetgeen excitonen wordt genoemd. Stabiele, robuuste excitonen zijn nuttig voor het behalen van optical gain en lasing. De Coulomb-interactie tussen elektronen en gaten in nano-halfgeleiders wordt verbeterd door middel van quantum confinement. Dit kan leiden tot carrier multiplication (CM), waarbij een enkel geabsorbeerd foton kan leiden tot de vorming van meerdere elektron-gatparen. CM is bevorderlijk voor het behalen van efficiënte energieconversie in een zonnecel boven de Shockley-Quiesser-limiet.

Tot op heden is CM geobserveerd in dunne lagen en zonnecellen van halfgeleider-nanokristallen (NC's) bij fotonenergieën van ruim boven de minimumvereiste energie van tweemaal de bandkloof. De hoge drempel van CM beperkt de voordelen van de toepassing in zonnecellen aanzienlijk. In deze dissertatie tonen wij aan dat CM efficiënter is in een percolatief netwerk van direct verbonden NC's van PbSe. De CM-drempel bedraagt tweemaal de bandkloof en neemt stapsgewijs toe met de fotonenergie. Wanneer de NC’s minder sterk gekoppeld zijn, wordt een lagere CM-efficiëntie waargenomen. Dit toont aan dat de koppeling van NC's een aanzienlijke invloed heeft op de CM-efficiëntie. Volgens simulaties zou de gemeten CM-efficiëntie de energieopbrengst van zonnecellen aanzienlijk verhogen.

 

Wij de mate waarin foto-excitatie van PbSe nanostaafjes tot vrije ladingen óf excitonen leidt. Daarnaast meten wij de mobiliteit van de ladingsdragers en de polariseerbaarheid van excitonen. Wij focussen ons op lichtversterking en complexe fotofysica bij een hoge excitatiedichtheid in CdSe nanoplaatjes door middel van absorptiespectroscopie in aangeslagen toestand, tijdsafhankelijke fotoluminescentiemetingen en THz-fotogeleidingsexperimenten.

Meer informatie?

Voor inzage in proefschriften van de promovendi kunt u kijken in de TU Delft Repository, de digitale vindplaats van openbare publicaties van de TU Delft. Proefschriften zullen binnen een paar weken na de desbetreffende promotie in de Repository te vinden zijn.