Højtydende nitrid-halvleder til miljøvenlig solcelle

Et forskningshold fra Tokyo Institute of Technology har vist, at kobbernitrid fungerer som en n-type halvleder, med p-type ledning leveret af fluordoping, ved at anvende en unik nitreringsteknik, der er anvendelig til masseproduktion og en beregningsmæssig søgning efter passende dopingelementer, samt atomopløst mikroskopi og elektronisk strukturanalyse ved brug af synkrotronstråling. Disse n-type og p-type kobbernitrid-halvledere kunne potentielt erstatte de konventionelle giftige eller sjældne materialer i fotovoltaiske celler.

Tyndfilm solcelleanlæg har tilsvarende effektivitet og kan reducere omkostningerne til materialer sammenlignet med markedsdominerende silicium solpaneler. Udnyttelse af den fotovoltaiske effekt, tynde lag af specifikke p-type og n-type materialer er klemt sammen for at producere elektricitet fra sollys. Teknologien lover en lysere fremtid for solenergi, tillader billige og skalerbare produktionsruter sammenlignet med krystallinsk siliciumteknologi, selvom der bruges giftige og sjældne materialer i kommercialiserede tyndfilmssolceller. Et team af Tokyo Institute of Technology har udfordret til at finde et nyt kandidatmateriale til at producere renere, billigere tyndfilm solcelleanlæg.

De har fokuseret på en simpel binær forbindelse, kobbernitrid, der er sammensat af miljøvenlige elementer. Imidlertid, at dyrke en nitridkrystal i en højkvalitetsform er udfordrende, da historien fortæller os at udvikle galliumnitridblå LED'er. Matsuzaki og hans kolleger har overvundet vanskeligheden ved at introducere en ny katalytisk reaktionsvej ved hjælp af ammoniak og oxidationsgas. Denne forbindelse, afbildet gennem fotografiet i figur (a), er en n-type leder, der har overskydende elektroner. På den anden side, ved at indsætte fluorelement i det åbne rum i krystallen, de fandt denne n-type forbindelse transformeret til p-type som forudsagt af teoretiske beregninger og direkte bevist ved atomisk opløst mikroskopi i figur (b) og (c), henholdsvis.

Alle eksisterende tyndfilm solcelleanlæg kræver en p-type eller n-type partner i deres sammensætning af en sandwichstruktur, kræver en stor indsats for at finde den bedste kombination. P-type og n-type ledning i det samme materiale udviklet af Matsuzaki og hans kolleger er gavnlige til at designe en højeffektiv solcellestruktur uden sådanne anstrengelser. Dette materiale er ikke-giftigt, rigelig, og derfor potentielt billige - ideelle erstatninger for i brug cadmiumtellurid og kobber indium gallium diselenid tyndfilm solceller. Med udviklingen af ​​disse p-type og n-type halvledere, i en skalerbar formningsteknik ved hjælp af enkle sikre og rigelige elementer, de positive egenskaber vil yderligere bringe tyndfilmteknologi frem i lyset.