Ett forskningsteam från Tokyo Institute of Technology har visat att kopparnitrid fungerar som en halvledare av n-typ, med ledning av p-typ tillhandahållen av fluordopning, använda en unik nitreringsteknik som är användbar för massproduktion och en beräkningssökning efter lämpliga dopningselement, samt atomlöst mikroskopi och elektronisk strukturanalys med hjälp av synkrotronstrålning. Dessa kopparnitridhalvledare av n-typ och p-typ skulle potentiellt kunna ersätta de konventionella giftiga eller sällsynta materialen i fotovoltaiska celler.

Tunnfilms solceller har motsvarande effektivitet och kan sänka materialkostnaden jämfört med marknadsdominerande kiselsolpaneler. Med hjälp av den fotovoltaiska effekten, tunna lager av specifika material av p-typ och n-typ läggs ihop för att producera elektricitet från solljus. Tekniken lovar en ljusare framtid för solenergi, tillåter låg kostnad och skalbara tillverkningsvägar jämfört med kristallin kiselteknologi, även om giftiga och sällsynta material används i kommersialiserade tunnfilmssolceller. Ett Tokyo Institute of Technology -team har utmanat att hitta ett nytt kandidatmaterial för att producera renare, billigare solfilm för tunnfilm.

De har fokuserat på en enkel binär förening, kopparnitrid som består av miljövänliga element. Dock, Att odla en nitridkristall i en högkvalitativ form är utmanande eftersom historien säger oss att utveckla galliumnitridblå lysdioder. Matsuzaki och hans medarbetare har övervunnit svårigheten genom att introducera en ny katalytisk reaktionsväg med ammoniak och oxiderande gas. Denna förening, avbildat genom fotografiet i figur (a), är en ledare av n-typ som har överskott av elektroner. Å andra sidan, genom att infoga fluorelement i det öppna utrymmet av kristallen, de fann denna förening av n-typ omvandlad till p-typ som förutspåtts av teoretiska beräkningar och direkt bevisad genom atomiskt upplöst mikroskopi i figurerna (b) och (c), respektive.

Alla befintliga tunnfilmssolceller kräver en partner av p-typ eller n-typ i deras sammansättning av en sandwichstruktur, kräver enorma ansträngningar för att hitta den bästa kombinationen. P-typ och n-typ ledning i samma material som utvecklats av Matsuzaki och hans medarbetare är fördelaktiga för att designa en högeffektiv solcellsstruktur utan sådana ansträngningar. Detta material är giftfritt, riklig, och därför potentiellt billiga – idealiska ersättningar för kadmiumtellurid och kopparindiumgalliumdiselenid tunnfilmssolceller. Med utvecklingen av dessa p-typ och n-typ halvledare, i en skalbar formningsteknik med enkla säkra och rikliga element, de positiva egenskaperna kommer ytterligare att lyfta fram tunnfilmsteknologin.