Metaloxider holder nøglen til billige, grøn energi

At udnytte sollysets energi kan være lige så simpelt som at justere de optiske og elektroniske egenskaber af metaloxider på atomniveau ved at lave en kunstig krystal eller supergitter 'sandwich', siger en forsker fra Binghamton University i en ny undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgang B .

"Metaloxider er billige, rigelig og 'grøn, sagde Louis Piper, adjunkt i fysik ved Binghamton University. "Og som undersøgelsen viste, ret alsidig. Med den rigtige berøring, metaloxider kan skræddersyes til at opfylde alle slags behov, hvilket er gode nyheder til teknologiske applikationer, specifikt inden for energiproduktion og fladskærm. "

Sådan fungerer det:Halvledere er en vigtig klasse af materialer mellem metaller og isolatorer. De defineres af størrelsen på deres båndgab, som repræsenterer den energi, der kræves for at excitere en elektron fra den besatte skal til en ubeboet skal, hvor den kan lede elektricitet. Synligt lys dækker et område fra 1 (infrarød) til 3 (ultraviolet) elektronvolt. Til gennemsigtige ledere, der kræves et stort båndgab, der henviser til, at for kunstig fotosyntese, et båndgab svarende til grønt lys er påkrævet. Metaloxider tilvejebringer et middel til at skræddersy båndgabet.

Men mens metaloxider er meget gode til elektronledning, de er meget dårlige "hul" ledere. Huller refererer til fravær af elektroner, og kan udføre positiv ladning. For at maksimere deres teknologiske potentiale, især til kunstig fotosyntese og usynlig elektronik, hulledende metaloxider er påkrævet.

Ved dette, Piper er begyndt at studere lagdelte metaloxider, som kan kombineres til selektivt 'dope' (erstat et lille antal af en type atom i materialet), eller 'tune' (styr størrelsen på båndgabet). Nyere arbejde afslørede, at et supergitter af to hulledende kobberoxider kunne dække hele solspektret. Målet er at forbedre ydeevnen, mens du bruger miljøvenlige og billige metalalternativer.

For eksempel, indiumoxid er et af de mest anvendte oxider, der anvendes til fremstilling af belægninger til fladskærme og solceller. Det kan lede elektroner rigtig godt og er gennemsigtigt. Men det er også sjældent og meget dyrt. Pipers nuværende forskning er rettet mod at bruge meget billigere tinoxidlag til at få elektron- og hulledning med optisk gennemsigtighed.

Men ifølge Piper, hans forskning viser, at en handske ikke passer til alle formål.

"Det kommer til at være et alvorligt detektivarbejde, "sagde Piper." Vi arbejder i en verden, hvor fysik og kemi overlapper hinanden. Og vi har nået den teoretiske grænse for vores beregninger og grundlæggende processer. Nu skal vi revidere disse beregninger og se, hvor vi mangler ting. Jeg tror, ​​vi vil finde de manglende stykker ved at lege med metaloxider. "

Ved at forstærke metaloxider '' gode bits '' og nedtone de grove pletter, Piper er overbevist om, at udviklingen af ​​nye og spændende typer metaloxider, der kan skræddersyes til specifikke applikationer, ligger inden for vores rækkevidde.

"Vi taler om batterilagring, brændstofceller, berøringsskærmsteknologi og alle former for computerskiftere, "sagde Piper." Vi er midt i et meget vigtigt guldrus, og det er meget spændende at være en del af det løb for at slå det rigt. Men først skal vi finde ud af, hvad vi ikke ved, før vi kan finde ud af, hvad vi gør. Én ting er sikkert:metaloxider holder nøglen. Og jeg tror, ​​at vi på Binghamton University kan bidrage til disse bestræbelser ved at lave god videnskab og tage en moralsk bevidst tilgang. "