Super-resolution Luminescence Micro-Spectroscopy : A nano-scale view of solar cell material photophysics

Sammanfattning: ”Seeing is believing” är ett koncept fött ur människans oändliga nyfikenhet att veta mer. Otvivelaktigt så har modern vetenskap vuxit fram ur denna naturliga strävan efter att vilja veta mer. Från ett tidigt stadium har mikroskopi varit en hörnsten i många vetenskapsdiscipliner. Redan i ett tidigt skede filosoferade mikroskopister kring vad de minsta beståndselarna av naturen är och om vi ens kan beskåda dem med hjälp av ett mikroskop. År 1873 förklarade Ernst Abbe att naturens fundamentala lagar förhindrar direkt iakttagande av objekt som är mindra än halva våglängden av det ljus som objektet utstrålar – ljusets diffraktionsgräns. Nästan 150 år efter att denna gräns etablerats lyckades vetenskapsmän bryta denna gräns med hjälp av ett par fyndiga knep. Genom att på ett välkontrollerat sätt fästa enskilda molekyler på objektet av intresse och sen få dem att skina en åt gången så kunde man successivt lokalisera deras positioner och därmed skapa en så kallad ”super-upplöst” bild av objektet. Med dessa metoder kunde inre beståndsdelar av levande organismer på en nanometerskala studeras, vilket har under de senaste åren börjat ge svar på många frågor inom biologi och medicin. För denna bragd fick dessa vetenskapsmän Nobelpriset i Kemi år 2014.Så vad mer kan dessa metoder användas till? Det har på senare tid vuxit fram ett intresse för att studera så kallade ”funktionella material”, som ofta används i solceller och ljusdioder. Dessa material är ofta långt större än en enskild molekyl men de processer som är intressanta att förstå kan inträffa på en väldigt liten storleksskala. Det är därför av större intresse att veta hur de små beståndsdelarna, som är del av en större ensemble ger upphov till diverse processer förknippade med exempelvis verkningsgraden av solceller.Vi introducerar en ny metod som sammanbinder högupplöst optisk mikroskopi och spektroskopi vilket ger möjlighet att studera processer i större funktionella material på en nano-skala. Med denna metod, som vi kallar super-resolution luminescence micro- spectroscopy (SuperLuMS) har vi börjat studera material som kan användas för solceller och lyckats förstå vilka grundläggande processer som sker när materialet belyses med solljus. Vi har kunnat identifiera hur energin rör sig i materialet, samt förstå vilka processer som eventuellt skulle kunna hämma effektiviteten av solceller eller ljusdioder. Metoden är inte bara ämnad för solcellsmaterial utan vi är förvissade om att SuperLuMS kan hitta tillämpningar för funktionella material i allmänhet.