Colloidal photonics of semiconductor nanocrystals: From polarized color conversion to efficient solar concentration

Etkili foton yönetimi gelecekteki fotonik uygulamaların başarısı için çok önemlidir. Yüksek performanslı elektronik ekranlar ve güneş ışığı toplayıcılarına yönelik talep, özellikle güç verimliliğini artırmaya yönelik yüksek beklentilerle, birlikte giderek artmaktadır. Yarı iletken nanokristaller, bu tür gelişmiş fotonik uygulamalarda kullanım için oldukça ümit vericidir. Ancak, geleneksel cihaz mimarileri ve üretim yöntemleri bu nanokristallerin potansiyellerini tam olarak kullanamamaktadır. Etkili kullanım gereksinimini karşılamak amaçlı, bu tezde polarize renk dönüşümü ve verimli güneş konsantrasyonunu hedefleyen koloidal nanokristaller için yeni foton yönetme yöntemlerini önerdik ve gösterdik. Nanokristaller, yeni nesil ekranlar için eşsiz bir renk saflığına sahip olmakla birlikte, görüntülerdeki renk zenginliği, kuantum noktacıkların rasgele polarizasyona sahip fotolüminesansından muzdariptir. İstenmeyen polarizasyonu kesmek yerine, tümleşik renk dönüştürücü nanokristallerin izotropik kuantum yayıcılarını polarize ışık yaymaya zorlayan, Fano rezonansları yaratan yeni bir sınıf v-şekilli arka ışık birimi (v-BLU) gösterdik. Ön panel konfigürasyonuna imkan verirken, önerilen v-BLU nanokristalleri, rezonans eşleşmesi yoluyla optik durum yoğunluğunun kuvvetli bir modifikasyonunu mümkün kılmaktadır. İzotropik kuantum noktacıklarının durum yoğunluğu üzerindeki bu kontrol, optik iletimlerini sürdürürken yüksek polarizasyon kontrast oranlarının elde edilmesini sağlar. Renk dönüşümüne benzer şekilde, koloidal nanokristaller ışıyan güneş ışığı yoğunlaştırıcılarında (LSC'ler) kullanım için oldukça etkilidir. Özellikle basamak benzeri soğurma profiline sahip atomik olarak düz nanokristaller, LSC'ler için potansiyel olarak ideal adaylardır. Bununla beraber, fotolüminesanslarında pratikte sıfır olan Stokes kaymaları, kullanımlarını sınırlandırmaktadır. Bu sınırlamanın, \%100'e yakın bir fotolüminesans kuantum verimliliği ile büyük bir Stokes kayması sağlayan koloidal kuantum kuyucuklarının katkılanması yoluyla üstesinden geldik. Geliştirdiğimiz bakır katkılı kuantum kuyucuklarından yapılan LSC panellerinin, katkısız muadillerinin ve katkılı kuantum noktacıklarının LSC'lerinden daha yüksek performanslı olduğunu gösterdik. Bu tür bakır katkılı kuantum kuyucuklarının LSC'leri, diğer koloidlere kıyasla rekor düzeyde optik akı kazancı sunmaktadır. Bu tezde sunulan bulguların, yeni nesil fotonik cihazların performansını daha önce görülmemiş seviyelere taşıyacak koloidal nanokristallerin uygulamalarını ilerleteceğine ve geliştireceğine inanıyoruz.