Att utveckla material som lämpar sig för användning i optoelektroniska enheter är för närvarande ett mycket aktivt forskningsområde. Sökandet efter material för användning i fotoelektriska omvandlingselement måste utföras parallellt med utvecklingen av den optimala filmbildningsprocessen för varje material, och detta kan ta några år för bara ett material. Hittills har det skett en avvägning, balanserar elektroniska egenskaper och materialmorfologi. Forskare vid Osaka University har utvecklat en tvåstegsprocess som kan producera material med goda morfologiska egenskaper förutom utmärkt fotoresistorprestanda. Deras resultat publicerades i Journal of Physical Chemistry Letters .

Vismutsulfid, Bi ₂ S ₃ , tillhör en klass av material som kallas metallkalkogenider, som visar betydande lovande på grund av sina optiska och elektroniska egenskaper. Dock, framförandet av Bi ₂ S ₃ -baserade fotoresponsiva enheter är beroende av metoden som används för att bearbeta filmen, och många av de rapporterade tillvägagångssätten hämmas av låg filmkristallinitet. Även när hög kristallinitet uppnås, spannmålens natur kan ha en negativ effekt på prestanda, därför är filmer med låg ytjämnhet och stor kornstorlek önskvärda.

"Vi sökte i mer än 200 material med hjälp av en unik, ultrahöghastighetsscreeningsmetod som kan utvärdera prestanda, även när endast pulveriserade prover är tillgängliga, ", säger motsvarande författare Akinori Saeki. "Vi fann att vismutsulfid, som är billigt och mindre giftigt än konventionella oorganiska solcellsmaterial, kan bearbetas på ett sätt som inte äventyrar dess utmärkta fotoelektriska egenskaper."

Tekniken som används ger en 2D-skiktad film i två behandlingssteg; lösningsspinbeläggning följt av kristallisation. Fotoresponsprestandan för den resulterande filmen visade förbättringar på 6-100 gånger jämfört med de för filmer framställda med andra bearbetningsmetoder. På grund av den giftfria och rikliga naturen hos vismut och svavel, fynden förväntas påverka utvecklingen av kommersiella optoelektroniska enheter inklusive solceller.

"Vi demonstrerade en enkel bearbetningsteknik som inte kompromissar med materialprestanda, ", säger huvudförfattaren Ryosuke Nishikubo. "Vi tror att lösningsbearbetbara vismutbaserade halvledare är livskraftiga alternativ till kommersiellt tillgängliga oorganiska solceller och visar lovande för utbredd framtida användning. Det faktum att de är giftfria skiljer dem också från andra alternativa optoelektroniska material, såsom blyhalogenidperovskiter."

Att bearbeta material för enhetstillämpningar utan att kompromissa med deras elektroniska egenskaper är viktigt för att göra material kommersiellt relevanta. Den rapporterade processen har använts för att framgångsrikt framställa andra metallsulfidhalvledare som blysulfid, demonstrerar mångsidigheten i tillvägagångssättet.