Kemikere bruger rigeligt, billige og giftfri elementer til syntetisering af halvledere

Et af problemerne for Javier Vela og kemikerne i hans forskningsgruppe ved Iowa State University var, at et giftigt materiale fungerede så godt i solceller.

Og så skulle enhver erstatning for de blyholdige perovskitter, der bruges i nogle solceller, virkelig skulle fungere. Men hvad kunne de finde på at erstatte de perovskite halvledere, der har været så lovende og så effektive til at konvertere sollys til elektricitet?

Hvilke materialer kunne producere halvledere, der fungerede lige så godt, men var sikre og rigelige og billige at fremstille?

"Halvledere er overalt, ikke? "sagde Vela." De er i vores computere og vores mobiltelefoner. De er normalt i high-end, produkter af høj værdi. Selvom halvledere muligvis ikke indeholder sjældne materialer, mange er giftige eller meget dyre. "

Vela, en lektor i kemi i Iowa State og en lektor ved U.S. Department of Energy's Ames Laboratory, leder et laboratorium, der har specialiseret sig i at udvikle nye, nanostrukturerede materialer. Mens jeg tænker på problemet med bly i solceller, han fandt en konference præsentation af Massachusetts Institute of Technology forskere, der foreslog mulige substitutter for perovskitter i halvledere.

Vela og Iowa State kandidatstuderende Bryan Rosales og Miles White besluttede at fokusere på natriumbaserede alternativer og startede en 18-måneders søgning efter en ny form for halvleder.

De fandt på en forbindelse, der indeholder natrium, som er billig og rigelig; vismut, som er relativt knappe, men er overproduceret under minedrift af andre metaller og er billig; og svovl, det femte mest almindelige element på Jorden. Forskerne rapporterer deres opdagelse i et papir, der for nylig blev offentliggjort online af Journal of the American Chemical Society .

Papirets undertitel er et godt resumé af deres arbejde:"Mod jorden-rigelig, Biokompatible halvledere. "

"Vores syntese låser op for en ny klasse af billige og miljøvenlige ternære (tredelte) halvledere, der viser egenskaber af interesse for applikationer inden for energiomsætning, "skrev kemikerne i deres papir.

Faktisk, Rosales arbejder på at skabe solceller, der bruger det nye halvledende materiale.

Vela sagde variationer i syntese - ændring af reaktionstemperatur og tid, valg af metalionforstadier, tilføjelse af visse ligander - gør det muligt for kemikerne at kontrollere materialets struktur og størrelsen af ​​dets nanokrystaller. Og det giver forskere mulighed for at ændre og finjustere materialets egenskaber.

Flere af materialets egenskaber er allerede ideelle til solceller:Materialets båndgab - mængden af ​​energi, der kræves for at en let partikel kan slå en elektron løs - er ideel til solceller. Materialet, i modsætning til andre materialer, der bruges i solceller, er også stabil, når den udsættes for luft og vand.

Så, kemikerne tror, ​​at de har et materiale, der fungerer godt i solceller, men uden toksicitet, knaphed eller omkostninger.

"Vi tror på de eksperimentelle og beregningsmæssige resultater, der er rapporteret her, "skrev de i deres papir, "vil hjælpe med at fremme den grundlæggende undersøgelse og udforskning af disse og lignende materialer til energiomdannelsesenheder."