Halvledare med smala gap med förmågan att använda synligt ljus har fått stort intresse tack vare deras mångsidighet. Nu, forskare i Japan har utvecklat och karakteriserat ett nytt halvledarmaterial för applicering i processkomponenter stimulerade av ljus. Fynden har, för första gången, föreslog ett nytt sätt att minska bandgapet i billigare och giftfria tennbaserade oxidhalvledare för effektiva ljusbaserade applikationer.

Halvledare som kan utnyttja det allestädes närvarande synliga ljusspektrumet för olika tekniska tillämpningar skulle tjäna som en välsignelse för den materiella världen. Dock, sådana halvledare är ofta inte billiga och kan ofta vara giftiga. Nu, en grupp materialforskare från Tokyo Institute of Technology och Kyushu University har samarbetat för att utveckla ett billigare och giftfritt halvledarmaterial med smala gap med potentiella "ljusbaserade" eller fotofunktionella tillämpningar, enligt en ny studie publicerad i Materialkemi .

Tennhaltiga oxidhalvledare är billigare än de flesta halvledarmaterial, men deras fotofunktionella tillämpningar är begränsade av ett brett optiskt bandgap. Det tidigare nämnda teamet av forskare, ledd av Dr. Kazuhiko Maeda, Docent vid Institutionen för kemi, Tokyo Institute of Technology, utvecklat ett perovskitbaserat halvledarmaterial som är fritt från giftigt bly och kan absorbera ett brett spektrum av synligt ljus (Figur 1). Teamet "dopade, " eller avsiktligt infört, hydridjoner till det tenninnehållande halvledarmaterialet. Genom att göra så, de minskade framgångsrikt bandgapet från 4 eV till 2 eV, på grund av den kemiska reduktionen av tennkomponenten som åtföljde hydridjondopningen.

Forskarna kunde också peka ut en avgörande tennreduktionsreaktion i halvledarmaterialet genom fysikalisk-kemiska mätningar. Denna minskning leder till genereringen av ett "ensamelektronpar av tenn, " vars olika elektroniska tillstånd särskilt bidrar till materialets absorption av synligt ljus. De tillskriver också denna önskade egenskap till det tidigare införandet av syredefekter i materialet. Understryker vikten av syredefekterna, Dr Maeda, som också är motsvarande författare till studien, förklarar, "Det tidigare införandet av syredefekter i BaSnO ₃ av Y ³⁺ ersättning för Sn ⁴⁺ är också oumbärlig för att uppnå en betydande minskning av bandgapet."

För att bekräfta att det framkallade halvledarmaterialet verkligen är fotofunktionellt, forskarna testade tillämpligheten av halvledarmaterialet i en fotoelektrod. De observerade att det framkallade materialet gav ett tydligt anodiskt fotosvar upp till förväntade 600 nm.

På tal om effekten av studien, Dr Katsuro Hayashi, professor vid tekniska fakulteten, Kyushu University, och den andra motsvarande författaren till studien, säger, "Övergripande, studien har möjliggjort ett stort steg i utvecklingen av en billigare, giftfri, smalt optiskt bandgap, tennhaltiga halvledarmaterial för praktiska tillämpningar i solceller, fotokatalys och pigment."

Tack vare forskarnas insatser, vi kan förvänta oss betydande framsteg i utvecklingen av flera nya blyfria material som absorberar synligt ljus med otaliga tillämpningar.