En ny metode til at kvantificere krystalhalvledereffektivitet

Japanske videnskabsmænd har fundet en ny måde at opdage effektiviteten af ​​krystalhalvledere. For første gang nogensinde, holdet brugte en specifik form for fotoluminescensspektroskopi, en måde at detektere lys, at karakterisere halvlederne. Den udsendte lysenergi blev brugt som en indikator for krystallens kvalitet. Denne metode kulminerer potentielt i mere effektive lysdioder (LED'er) og solceller. Derudover det kunne indvarsle adskillige andre fremskridt inden for elektronik.

Forskningen, udgivet i APL materialer den 31. juli, 2019, involverer krystaller kaldet blyhalogenidperovskiter - unikke typer materialer med strukturer, der er effektive til solcellers ydeevne. Krystallerne består af et organisk materiale sammenkoblet med et uorganisk materiale. Perovskites er halvledermaterialer, der har mange anvendelser. De er mere effektive og meget nemmere og billigere at lave end almindelige kommercielle solceller.

Desuden, disse lovende krystaller kan også føre til nye elektroniske skærme, sensorer og andre enheder, der aktiveres af lys, at bringe øget effektivitet til en lavere pris for producenter af optoelektronik, der udnytter lys. Ud over, disse krystaller har potentialet til at høste solenergi. De fleste solceller er lavet af siliciumkrystaller, et relativt ligetil og effektivt materiale at bearbejde. Imidlertid, perovskit-baserede enheder vil sandsynligvis tilbyde højere konverteringseffektivitet end silicium.

"For yderligere udvikling af perovskite-baserede enheder, det er vigtigt kvantitativt at vurdere den absolutte effektivitet i højkvalitets perovskitkrystaller uden at antage, at nogen foruddefineret fysisk model er af særlig betydning, " sagde den tilsvarende forfatter Kazunobu Kojima, lektor ved Tohoku University, Japan. "Vores metode er ny og unik, fordi tidligere metoder har været afhængige af effektivitetsestimater ved modelafhængige analyser af fotoluminescens."

At forstå fotoluminescens er vigtigt for at designe enheder, der styrer, generere eller detektere lys, herunder solceller, LED'er og lyssensorer. Indtil nu, disse detektioner har i vid udstrækning været afhængige af teoretisk modellering som en måde at forudsige effektiviteten af ​​perovskit-baserede halvledere. Til denne forskning, forfatterne har implementeret en teknik, de oprindeligt foreslog i 2016, kaldet Omnidirektionel fotoluminescensspektroskopi eller "ODPL-spektroskopi." Proceduren er en kontaktløs, ikke-destruktiv metode til at sondere den elektroniske struktur af krystallerne fra alle retninger, gør dem i stand til nemt og hurtigt at kvantificere krystallernes egenskaber.

Et vigtigt næste skridt er at implementere ODPL-spektroskopi for at undersøge forskellige typer perovskitmaterialer. Dette kan føre til en bedre forståelse af krystalbaserede halvledere såvel som mere effektive. Forfatterne udtaler, at deres fremtidige undersøgelser vil fokusere på både at øge krystaleffektiviteten og sikre, at den er forenet på tværs af alle områder af materialer.