Novel light-sensitive nanocrystal skins

Günümüzde kristal veya amorf tabanlı silikondan yapılan ışığa duyarlı aygıtlar en çok kullanılan ışık sensörleridir. Bu aygıtlar görünür ve kızılötesi bölgelerinde çalışırlar ve yıllık birkaç milyar dolarlık bir markete sahiptirler. Fakat silikonun sınırlı malzeme özellikleriden dolayı, ışığa duyarlı aygıtlarda zayıf hassasiyete (kızılötesinde ve morötesinde) sahip olmaktadır ve üretim teknikleri sebebiyle bu aygıtlar sadece ufak alanlarda üretilebilmektedirler. Alternatif olarak, yarı iletken nanokristaller, aynı zamanda kolloidal kuvantum noktacıkları olarak da bilinirler, farklı ve üstün özellikleri ile son yıllarda ışığa duyarlı aygıtlar için ön plana çıkmış yenilikçi malzemelerdir. Bu tip nanokristaller solüsyon bazlı üretime ve işlemeye uygundurlar ve kuvvetli optik soğurmaya sahiptirler. Bu tezde yeni bir tip ışık sensörü olarak, büyük alanlı, yarı-geçirgen ve ışığa duyarlı nanokristal yüzeyleri tasarlıdık ve geliştirdik. Bu tip nanokristal yüzeyler (kısaltma olarak LS-NS?i kullanıyoruz) akıllı camlar ve akıllı bina cepheleri gibi geniş alanlı uygulamalara uygundur. LS-NS?ler onlarca cm2 büyüklüğündeki alanlara sprey kaplması yöntemi ile, birkaç cm2 büyüklüğündeki yüzeylere ise daldırmalı kaplama yöntemi ile kaplanabilir ve üretilebilir. LS-NS?lerin çalışma prensibi ışık ile elektriksel gerilim yaratımına dayanmaktadır ve bu klasik fotosensörlerin fotoakım yaratımı prensibinden farklıdır. LS-NS genel olarak paralel tabakalı kondansatöre benzemektedir. Üst metal katmanın altında tek bir nanokristal katmanı içerir. Alt iletken kısım ise optik geçirgendir ve nanokristal katmanında dielektrik sabiti yüksek bir yalıtkan ile ayrılmıştır. Nanokristal katmanının üst metal ile etkileşimi sayesinde dışarıdan bir gerilimi uygulamaksızın yüksek ışık hassasiyeti elde edilir. Işık ile nanokristallerin içinde oluşturuluan elektron-deşik çiftleri metal-nanokristal arayüzeyinde farklı metal ve nanokristalin farklı elektonegativiteleri sebebiyle bir birinden kopar ve ayrışır ve bu ayrışma potansiyel fark, olarak ölçülebilir. LS-NS platformu tek bir nanokristal katmanı içermesine rağmen yüksek hassasiyette ışık duyarlılığına sahiptir, ayrıca yarı-geçirgen yapılabilir ve gürültü seviyesi azaltılabilir. Nanokristallerin ışıma dalga boylarının kolayca ayarlanabilir olması ile basamaklı yapıda nanokristal içeren dizaynlar yapılmasına olanak sağlamıştır. Bu sayede ışık ile oluşturulan elektron-deşik çiftleri yüksek enerjili nanokristallerden düşük enerjili nanokristallere doğru verimli şekilde aktarılabilmiştir. Bu tip eksiton taşınımı ilk defa aktif bir aygıtta bu tezde kullanıldı. Bu sayede eksiton taşınımını kullanan çok katmanlı nanokristal yapıları ile hassasiyeti artırılımış LS-NS?leri gösterdik. Aygıtların hassasiyetini daha da artırmak için plasmonik nanoparçacıkların katkılandırıldığı LS-NS?ler tasarladık. Yanı sıra yarı-geçirgen LS-NS?lerin ardarda dizilmesi ile birleşik aygıt yapıları ürettik, bunlara titanyum oksit katmanı ekleyerek yük ayrışımını artırılması sağldık. Ayrıca çoklu eksiton yaratımı prensibi ile kızılötesire hassas nanokristaller kullanarak verimlilik artışı gösteridik. LS-NS?ler tamamen izole edildiklerinden ortam koşullarından etkilenmediklerini ve karalı oldukları gördük. Tüm bu özellikler, LS-NSleri ucuz, geniş alanlı ve ışık tayfına duyarlı (morötesi, görünür ve kızılötesi) ışık sensörleri yapmaktadır ve bu özellikleri onları akıllı camlarda ve akıllı bina cepheleri gibi alanlar için uygun yapmaktadır. Bu tezde gösterilen nanokristal tabanlı ışığa hassas yüzeyler gelecekteki ileri nesil ışık duyarlı platformlar için gelecek vaadetmektedir.