Japanska forskare har hittat ett nytt sätt att upptäcka effektiviteten hos kristallhalvledare. För första gången någonsin, laget använde en specifik typ av fotoluminescensspektroskopi, ett sätt att upptäcka ljus, att karakterisera halvledarna. Den emitterade ljusenergin användes som en indikator på kristallens kvalitet. Denna metod kulminerar potentiellt i mer effektiva lysdioder (LED) och solceller. Dessutom, det skulle kunna inleda flera andra framsteg inom elektronik.

Forskningen, publiceras i APL-material den 31 juli, 2019, involverar kristaller som kallas blyhalogenidperovskiter – unika typer av material med strukturer som är effektiva för solcellsprestanda. Kristallerna består av ett organiskt material sammankopplat med ett oorganiskt. Perovskiter är halvledarmaterial som har många tillämpningar. De är effektivare och mycket enklare och billigare att tillverka än vanliga kommersiella solceller.

Vidare, dessa lovande kristaller kan också leda till nya elektroniska displayer, sensorer och andra enheter som aktiveras av ljus, ger ökad effektivitet till lägre kostnad för tillverkare av optoelektronik som utnyttjar ljus. Dessutom, dessa kristaller har potential att skörda solenergi. De flesta solceller är gjorda av kiselkristaller, ett relativt enkelt och effektivt material att bearbeta. Dock, Perovskite-baserade enheter kommer sannolikt att erbjuda högre konverteringseffektivitet än kisel.

"För vidareutveckling av perovskite-baserade enheter, det är viktigt att kvantitativt utvärdera den absoluta effektiviteten i högkvalitativa perovskitkristaller utan att anta att någon fördefinierad fysisk modell är av särskild betydelse, " sa motsvarande författare Kazunobu Kojima, Docent vid Tohoku University, Japan. "Vår metod är ny och unik eftersom tidigare metoder har förlitat sig på effektivitetsuppskattning genom modellberoende analyser av fotoluminescens."

Att förstå fotoluminescens är viktigt för att designa enheter som styr, generera eller detektera ljus, inklusive solceller, Lysdioder och ljussensorer. Än så länge, dessa detektioner har till stor del förlitat sig på teoretisk modellering som ett sätt att förutsäga effektiviteten hos perovskitbaserade halvledare. För denna forskning, författarna har implementerat en teknik som de ursprungligen föreslog 2016, kallad rundstrålande fotoluminescensspektroskopi eller "ODPL-spektroskopi." Proceduren är en kontaktlös, oförstörande metod för att undersöka den elektroniska strukturen hos kristallerna från alla håll, gör det möjligt för dem att enkelt och snabbt kvantifiera kristallernas egenskaper.

Ett viktigt nästa steg är att implementera ODPL-spektroskopi för att undersöka olika typer av perovskitmaterial. Detta kan leda till bättre förståelse för såväl kristallbaserade halvledare som mer effektiva. Författarna säger att deras framtida studier kommer att fokusera på både att öka kristalleffektiviteten och att säkerställa att den är enhetlig över alla materialområden.