Kommercielt relevant vismutbaseret tyndfilmsbehandling

Udvikling af materialer egnet til brug i optoelektroniske enheder er i øjeblikket et meget aktivt forskningsområde. Søgningen efter materialer til brug i fotoelektriske konverteringselementer skal udføres parallelt med udviklingen af ​​den optimale filmdannelsesproces for hvert materiale, og det kan tage et par år for kun ét materiale. Indtil nu har der været en afvejning, afbalancering af elektroniske egenskaber og materialemorfologi. Forskere ved Osaka University har udviklet en to-trins proces, der kan producere materialer med gode morfologiske egenskaber ud over fremragende fotoresistor ydeevne. Deres resultater blev offentliggjort i Journal of Physical Chemistry Letters .

Bismuth sulfid, Bi ₂ S ₃ , tilhører en klasse af materialer kendt som metalchalcogenider, som viser betydeligt lovende på grund af deres optiske og elektroniske egenskaber. Imidlertid, opførelsen af ​​Bi ₂ S ₃ -baserede fotoresponsive enheder er afhængige af den metode, der bruges til at behandle filmen, og mange af de rapporterede tilgange er hæmmet af lav filmkrystallinitet. Selv når der opnås høj krystallinitet, kornenes natur kan have en negativ effekt på ydeevnen, derfor er film med lav overfladeruhed og stor kornstørrelse ønskelige.

"Vi søgte mere end 200 materialer ved hjælp af en unik, ultra højhastigheds screeningsmetode, der kan evaluere ydeevne, selv når kun pulveriserede prøver er tilgængelige, " siger den tilsvarende forfatter Akinori Saeki. "Vi fandt ud af, at bismuthsulfid, som er billigt og mindre giftigt end konventionelle uorganiske solcellematerialer, kan behandles på en måde, der ikke går på kompromis med dets fremragende fotoelektriske egenskaber."

Den anvendte teknik producerer en 2-D lagdelt film i to behandlingstrin; opløsningsspin-coating efterfulgt af krystallisation. Fotorespons-ydelsen af ​​den resulterende film viste forbedringer på 6-100 gange sammenlignet med dem for film fremstillet under anvendelse af andre behandlingsmetoder. På grund af den ugiftige og rigelige natur af bismuth og svovl, resultaterne forventes at påvirke udviklingen af ​​kommercielle optoelektroniske enheder, herunder solceller.

"Vi demonstrerede en let behandlingsteknik, der ikke kompromitterer materialets ydeevne, " siger hovedforfatter Ryosuke Nishikubo. "Vi mener, at løsnings-bearbejdelige bismuth-baserede halvledere er levedygtige alternativer til kommercielt tilgængelige uorganiske solceller og viser løfte om udbredt fremtidig brug. Det faktum, at de ikke er giftige, adskiller dem også fra andre alternative optoelektroniske materialer, såsom blyhalogenidperovskitter."

Forarbejdning af materialer til enhedsapplikationer uden at gå på kompromis med deres elektroniske egenskaber er vigtig for at gøre materialer kommercielt relevante. Den rapporterede proces er blevet brugt til med succes at fremstille andre metalsulfidhalvledere såsom blysulfid, demonstrerer tilgangens alsidighed.