Vellykket syntese af perovskit synligt lysabsorberende halvledermateriale

Halvledere med smalle mellemrum med evnen til at bruge synligt lys har vakt betydelig interesse takket være deres alsidighed. Nu, forskere i Japan har udviklet og karakteriseret et nyt halvledermateriale til anvendelse i proceskomponenter stimuleret af lys. Resultaterne har, for første gang, foreslået en ny måde at reducere båndgabet i billigere og ikke-toksiske tin-baserede oxid-halvledere til effektive lys-baserede applikationer.

Halvledere, der kan udnytte det allestedsnærværende synlige lysspektrum til forskellige teknologiske anvendelser, vil tjene som en velsignelse for den materielle verden. Imidlertid, sådanne halvledere er ofte ikke billige og kan ofte være giftige. Nu, en gruppe materialeforskere fra Tokyo Institute of Technology og Kyushu University har samarbejdet om at udvikle et billigere og ikke-giftigt halvledermateriale med smalt mellemrum med potentielle "lysbaserede" eller fotofunktionelle applikationer, ifølge en nylig undersøgelse offentliggjort i Kemi af materialer .

Tinholdige oxidhalvledere er billigere end de fleste halvledermaterialer, men deres fotofunktionelle applikationer er begrænset af et stort optisk båndgab. Det førnævnte hold af videnskabsmænd, ledet af Dr. Kazuhiko Maeda, lektor ved Institut for Kemi, Tokyo Institute of Technology, udviklet et perovskit-baseret halvledermateriale, der er fri for giftigt bly og kan absorbere en bred vifte af synligt lys (Figur 1). Holdet "dopede, " eller bevidst introduceret, hydridioner ind i det tinholdige halvledermateriale. Derved, de reducerede båndgabet med succes fra 4 eV til 2 eV, på grund af den kemiske reduktion af tinkomponenten, der fulgte med hydridion-dopingen.

Forskerne var også i stand til at lokalisere en afgørende tinreduktionsreaktion i halvledermaterialet gennem fysisk -kemiske målinger. Denne reduktion fører til dannelsen af ​​et "enligt tin-elektronpar, " hvis forskellige elektroniske tilstande især bidrager til materialets synlige lysabsorption. De tilskriver også denne ønskede egenskab til den forudgående introduktion af oxygendefekter i materialet. Fremhæver vigtigheden af ​​oxygendefekterne, Dr. Maeda, som også er en tilsvarende forfatter til undersøgelsen, forklarer, "Den forudgående introduktion af iltdefekter i BaSnO ₃ af Y ³⁺ erstatning for Sn ⁴⁺ er også uundværlig for at realisere en betydelig reduktion af båndgabet. "

For at bekræfte, at det udviklede halvledermateriale faktisk er fotofunktionelt, forskerne testede anvendeligheden af ​​halvledermaterialet i en fotoelektrode. De observerede, at det udviklede materiale gav en klar anodisk fotorespons op til de forventede 600 nm.

Når vi taler om virkningen af ​​undersøgelsen, Dr. Katsuro Hayashi, Professor ved Det Tekniske Fakultet, Kyushu Universitet, og den anden tilsvarende forfatter til undersøgelsen, siger, "Samlet set, undersøgelsen har muliggjort et kæmpe spring i udviklingen af ​​en billigere, ikke giftig, smalt optisk båndgab, tinholdigt halvledermateriale til praktiske anvendelser i solceller, fotokatalyse og pigmenter."

Takket være forskernes indsats, vi kan forvente betydelige fremskridt i udviklingen af ​​flere nye blyfri synligt-lysabsorberende materialer med utallige anvendelsesmuligheder.