광자 한개로 다수의 전자를 생산

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    광자 한개로 다수의 전자를 생산-고효율 솔라셀과 실용적 수소생산

 

Tiny crystals promise big benefits for solar technologies
Submitted by BJS on Wed, 2006-01-04 16:57.

로스 알라모스 국립연구소(Los Alamos National Laboratory)의 과학자들은 하나의 광자에 반응해서 반도체 나노결정들이 다수의 전자들을 생산하는 carrier multiplication(캐리어 증폭현상의 의미: 다수 전자들의 순간적인 광여기를 거쳐 발생)이라고 불리는 한 가지 현상을 발견해냈다. 이 현상은 육안으로 보이는 물질에서는 발견된 적이 없었으나 나노크기 영역의 독특한 물리학에 기인한 것이다. 이 발견으로 현재의 솔라 셀보다 더 고효율의 전기를 생산하는 재료로서의 응용가능성을 높여주었다.

로스 알라모스 과학자 Richard Schaller에 따르면 “이전의 우리의 carrier multiplication연구는 매우 짧은 레이저 펄스에 대한 lead selenide 나노결정의 반응을 분석하는데 초점이 맞추어져 있었다. 우리는 광자 하나를 흡수해 2개 또는 3개의 들뜬 상태의 전자들을 생산할 수 있음을 발견했다. 우리는 다소 직감적으로 carrier multiplication이 아마 lead selenide에만 국한되지 않는다는 것을 알았지만, 우리는 그 문제를 추적할 필요가 있었다.”고 설명한다.

수석과학자 Victor Klimov는 “carrier multiplication는 실상 나노 크기의 반도체 분자위의 작은 크기 안에 한데 압착된 전자간의 매우 강한 상호작용에 기인한다. 이 점이 왜 그 효과의 대부분의 효율을 결정하는 것이 물질혼합이 아닌 소립자 크기에서인지 하는 이유이다. 나노크기의 결정에서, 강한 전자 대 전자의 상호작용들은 고에너지 전자를 불안정하게 만든다. 이 전자는 소위 ‘virtual state(가상상태)’에 한순간 존재할 뿐이고 곧 급격히 둘 또는 더 많은 전자들로 구성되어 더 안정된 상태로 변형한다. ”고 설명한다.

이 로스알라모스의 발견은 실용적인 photovoltaic technologies(광기전성 기술)을 가리키며 cadmium telluride같은 현재의 솔라 셀 재료를 활용할 수 도 있다. 다른 흥미 있는 응용가능성으로는 태양전지기술과 본질적으로는 광촉매 물 분해에 의해 수소생산도 할 수 있다.

후자의 과정은 물분자당 4개의 전자를 필요로 하는데 만약 이 이번에 발견된 기술을 통해 하나의 광자를 흡수해 다수의 전자들을 생산해낼 수 있다면 그러면 (수소생산)효율은 극적으로 향상될 수 있다.

 

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