Opdagelse af nyt gennemsigtigt tyndfilmsmateriale kan forbedre elektronik og solceller

Et team af forskere, ledet af University of Minnesota, har opdaget et nyt tyndfilmsmateriale i nanoskala med den højeste ledningsevne nogensinde i sin klasse. Det nye materiale kan føre til mindre, hurtigere, og mere kraftfuld elektronik, samt mere effektive solceller.

Opdagelsen offentliggøres i dag i Naturkommunikation , en open access journal, der offentliggør forskning af høj kvalitet fra alle områder af naturvidenskaben.

Forskere siger, at det, der gør dette nye materiale så unikt, er, at det har en høj ledningsevne, som hjælper elektronik med at lede mere elektricitet og blive mere kraftfuld. Men materialet har også en bred båndgap, hvilket betyder, at lys let kan passere gennem materialet, hvilket gør det optisk gennemsigtigt. I de fleste tilfælde, materialer med bred båndgap, har normalt enten lav ledningsevne eller dårlig gennemsigtighed.

"Den høje ledningsevne og brede båndgap gør dette til et ideelt materiale til fremstilling af optisk gennemsigtige ledende film, der kan bruges i en lang række elektroniske enheder, herunder elektronik med høj effekt, elektroniske displays, berøringsskærme og endda solceller, hvor lys skal passere gennem enheden, "sagde Bharat Jalan, en professor i kemiteknik og materialevidenskab ved University of Minnesota og den ledende forsker på undersøgelsen.

I øjeblikket, de fleste af de transparente ledere i vores elektronik bruger et kemisk element kaldet indium. Prisen på indium er steget voldsomt i de sidste par år, hvilket betydeligt øger omkostningerne ved den nuværende skærmteknologi. Som resultat, der har været en enorm indsats for at finde alternative materialer, der også fungerer, eller endnu bedre, end indium-baserede transparente ledere.

I dette studie, forskere fandt en løsning. De udviklede en ny gennemsigtig ledende tynd film ved hjælp af en ny syntesemetode, hvor de dyrkede en BaSnO3 tynd film (en kombination af barium, tin og ilt, kaldet bariumstannat), men erstattede elementær tinkilde med en kemisk forløber for tin. Den kemiske forløber for tin har enestående, radikale egenskaber, der forstærkede den kemiske reaktivitet og i høj grad forbedrede metaloxiddannelsesprocessen. Både barium og tin er betydeligt billigere end indium og er rigeligt tilgængelige.

"Vi var ret overraskede over, hvor godt denne utraditionelle tilgang fungerede den allerførste gang, vi brugte den tinkemiske forløber, "sagde University of Minnesota kemiteknik og materialevidenskabelig kandidatstuderende Abhinav Prakash, den første forfatter til papiret. ”Det var en stor risiko, men det var et ret stort gennembrud for os. "

Jalan og Prakash sagde, at denne nye proces tillod dem at skabe dette materiale med en hidtil uset kontrol over tykkelse, sammensætning, og defektkoncentration, og at denne proces skal være yderst velegnet til en række andre materialesystemer, hvor elementet er svært at oxidere. Den nye proces er også reproducerbar og skalerbar.

De tilføjede yderligere, at det var den strukturelt overlegne kvalitet med forbedret defektkoncentration, der tillod dem at opdage høj ledningsevne i materialet. De sagde, at det næste trin er at fortsætte med at reducere defekterne i atomskalaen.

"Selvom dette materiale har den højeste ledningsevne inden for samme materialeklasse, der er også meget plads til forbedringer, til det enestående potentiale for at opdage ny fysik, hvis vi mindsker defekterne. Det er vores næste mål, "Sagde Jalan.