p Kouichi Yamaguchi é reconhecido internacionalmente por sua pesquisa pioneira na fabricação e aplicações de 'pontos quânticos semicondutores' (QDs). "Exploramos a 'auto-organização' de nanocristais semicondutores pelo modo 'Stranski-Krasnov (SK) de crescimento de cristal para produção ordenada, altamente denso, e pontos quânticos altamente uniformes, "explica Yamaguchi." Nossa abordagem 'de baixo para cima' produz resultados muito melhores do que os métodos fotolitográficos convencionais ou 'de cima para baixo' amplamente usados ​​para a fabricação de nanoestruturas. " p Notavelmente, elétrons em estruturas de pontos quânticos estão confinados dentro de caixas de três dimensões de tamanho nanômetro. Novas aplicações de 'pontos quânticos' - incluindo lasers, marcadores biológicos, qubits para computação quântica, e dispositivos fotovoltaicos - surgem das propriedades optoeletrônicas exclusivas dos QDs quando irradiados com luz ou sob campos eletromagnéticos externos.

p "Nosso principal interesse em QDs é a fabricação de células solares de alta eficiência, "diz Yamaguchi." Passo a passo, expandimos os limites do crescimento baseado na 'auto-organização' de QDs e conseguimos produzir altamente ordenado, densidades ultra-altas de QDs. "

p A realização de uma densidade de QDs sem precedentes de 5 x 10 ¹¹ cm ^-2 em 2011 foi um dos principais marcos no desenvolvimento de QDs semicondutores baseados em 'auto-organização' para células solares por Yamaguchi e seus colegas da Universidade de Electro-Communications (UEC). "Esta densidade foi um dos avanços críticos para alcançar dispositivos fotovoltaicos baseados em pontos quânticos de alta eficiência, "diz Yamaguchi.

p Especificamente, Yamaguchi e seu grupo usaram epitaxia de feixe molecular (MBE) para fazer crescer uma camada de InAs QDs com densidade de 5 x 10 ¹¹ cm ^-2 em substratos GaAsSb / GaAs (100). Mais importante, o avanço que rendeu essa alta densidade de QDs altamente ordenados foi a descoberta de que o crescimento de InAs a uma temperatura de substrato relativamente baixa de 470 graus Celsius em camadas de GaAs irradiadas com Sb suprimiu a coalescência ou 'amadurecimento' de QDs de InAs que foi observada em temperaturas mais altas. Assim, a combinação do efeito surfactante Sb e menor temperatura de crescimento rendeu InAs QDs com uma altura média de 2,02,5 nm.

p O potencial para aplicações de dispositivos fotovoltaicos foi examinado ensanduichando uma única camada de InAs QDs em uma estrutura de célula pin-GaAs. A eficiência quântica externa resultante dessas estruturas de células solares na faixa de comprimento de onda de 900 a 1150 nm foi maior do que dispositivos com a camada QD.

p "Estudos teóricos sugerem que células solares QDs podem render eficiências de conversão acima de 50%, "explica Yamaguchi." Esta é uma meta muito desafiadora, mas esperamos que nossa abordagem inovadora seja um meio eficaz de produzir tais células solares de alto desempenho baseadas em QD. Recentemente, alcançamos QDs InAs com uma densidade de 1 x 10 ¹² cm ^-2 . "