Halfgeleiders of transistoren domineren ons dagelijks leven. Zij vormen de basis voor elektronica in computers of mobiele telefoons en dragen in belangrijke mate bij tot de opto-elektronica via lasers en lichtgevende diodes. In zogenaamde nuldimensionale structuren, ook wel quantum dots genoemd, hebben de daarin ingesloten elektronen energiewaarden, vergelijkbaar met elektronen in atomen. Daarom worden quantum dots vaak kunstmatige atomen genoemd. Prof. Manfred Bayer, natuurkundige en rector van de TU Dortmund, heeft nu samen met internationale onderzoekers nog meer potentiële toepassingen voor quantum dots in halfgeleiders geïdentificeerd.
Quantum dots
De ontwikkeling van quantum dots begon in het midden van de jaren tachtig. Voor de productie ervan zijn twee verschillende procédés vastgesteld. De ene is gebaseerd op fysica in een hoog vacuüm (epitaxiale quantum dots), de andere op chemie door synthese in overeenkomstige oplosmiddelen (colloïdale quantum dots). Beide processen vonden snel hun weg naar toepassingen. Epitaxiale quantumstippen worden bijvoorbeeld gebruikt in quantumdotlasers, en colloïdale quantumstippen worden gebruikt als “kleurenomzetters” om de kleuren groen en rood in televisietoestellen te genereren. De laatste tijd hebben onderzoekers meer vooruitgang geboekt, met name bij de productie van quantum dots, wat verdere toepassingen mogelijk maakt.
Zonlicht in kassen richten
Colloïdale quantumdots kunnen een revolutie teweeg kunnen brengen in de fotovoltaïsche technologie, bijvoorbeeld door ze in vensters in te bouwen. Daartoe zouden zij zo moeten worden ontworpen dat zij licht in het zichtbare bereik doorlaten, om de kamers helder te houden. Anderzijds moeten zij licht in het infrarode bereik absorberen, zodat dit vervolgens in elektrische energie kan worden omgezet. Dit kan worden bereikt door de juiste keuze van het materiaal en de grootte van de quantum dots. Zo zouden bijvoorbeeld alle raampuien in hoogbouw voor fotovoltaïsche energie kunnen worden gebruikt. Deze technologie kan ook worden gebruikt om het zonlicht in kassen te richten, zodat gewassen sneller kunnen rijpen en worden geoogst.
De onderzoekers geven in het artikel een opsomming van een groot aantal andere toepassingen. Deze hebben betrekking op zeer uiteenlopende gebieden van de technologie, zoals de productie van energie-efficiënte beeldschermen en verlichtingsmodules voor opto-elektronica, sensortechnologie zoals in warmtebeeldcamera’s, het gebied van de kwantumtechnologie of het gebruik als medische markers.
Op veel gebieden lijken de toepassingen binnen handbereik te liggen. In andere gevallen moeten er echter nog belangrijke uitdagingen worden opgelost. Of het nu gaat om de ontwikkeling van milieuvriendelijke materialen zonder zware metalen, de grondstofbesparende, “groene” productie van quantum dots met behulp van nieuwe soorten chemische uitgangsmaterialen of de recycling ervan.
Lees via deze link het artikel hierover in Science.
Via deze link vind je andere IO-artikelen over fotonica.
