En tunn bariumzirkoniumsulfidfilm skapad av forskargruppen. Upphovsman:Douglas Levere / University at Buffalo
Forskare har skapat tunna filmer gjorda av bariumzirkoniumsulfid (BaZrS 3 ) och bekräftade att materialen har lockande elektroniska och optiska egenskaper förutsagda av teoretiker.
Filmerna kombinerar exceptionellt stark ljusabsorption med god laddningstransport-två egenskaper som gör dem idealiska för applikationer som solceller och ljusemitterande dioder (LED).
I solpaneler, till exempel, experimentella resultat tyder på att BaZrS 3 filmer skulle vara mycket mer effektiva vid omvandling av solljus till elektricitet än traditionella kiselbaserade material med identiska tjocklekar, säger huvudforskaren Hao Zeng, Ph.D., professor i fysik vid universitetet vid Buffalo College of Arts and Sciences. Detta kan sänka solenergikostnaderna, särskilt för att de nya filmerna spelade beundransvärt även när de hade brister. (Att tillverka nästan felfria material är vanligtvis dyrare, Zeng förklarar.)
"I många decennier har det har bara varit en handfull halvledarmaterial som har använts, med kisel som det dominerande materialet, "Zeng säger." Våra tunna filmer öppnar dörren till en ny riktning inom halvledarforskning. Det finns en chans att utforska potentialen i en helt ny materialklass. "
Studien publicerades i november i tidskriften Nano Energy .
UB -fysik Ph.D. studenterna Xiucheng Wei och Haolei Hui var de första författarna. Projektet - finansierat av ett US Department of Energy (DOE) SunShot award och National Science Foundation (NSF) Sustainable Chemistry, Engineering and Materials award - inkluderade bidrag från forskare vid UB; Taiyuan Normal University, Southern University of Science &Technology, Xi'an Jiaotong University och Chinese Academy of Sciences, alla i Kina; Los Alamos nationella laboratorium; och Rensselaer Polytechnic Institute.
Experiment inspirerade av teoretiska förutsägelser
BaZrS 3 tillhör en kategori av material som kallas chalcogenide perovskites, som inte är giftiga, jordartade föreningar.
Under de senaste åren har teoretiker har beräknat att olika kalkogenidperovskiter bör uppvisa användbara elektroniska och optiska egenskaper, och dessa förutsägelser har fångat intresse och fantasi hos experimentalister som Zeng.
BaZrS 3 är inte ett helt nytt material. Zeng tittade på föreningens historia, och hittade information från 1950 -talet.
"Den har funnits i mer än ett halvt sekel, "säger han." Bland tidigare forskning har ett företag i Niagara Falls producerade det i pulverform. Jag tror att folk uppmärksammade det lite. "
Men tunna filmer - inte pulver - behövs för applikationer som solceller och lysdioder, så det var vad Zengs team bestämde sig för att skapa.
Forskarna skapade sin BaZrS 3 filmer med hjälp av en laser för att värma upp och förånga bariumzirkoniumoxid. Ångan avsattes på en safiryta, bildar en film, och omvandlas sedan till det slutliga materialet genom en kemisk reaktion som kallas sulfurisering.
"Halvledarforskning har traditionellt varit mycket fokuserad på konventionella material, "Säger Hui." Detta är ett tillfälle att utforska något nytt. Chalcogenide perovskites delar vissa likheter med de mycket efterforskade halogenidperovskiterna, men lider inte av de senare materialens toxicitet och instabilitet. "
"Nu när vi har en tunn film gjord av BaZrS 3 , vi kan studera dess grundläggande egenskaper och hur det kan användas i solpaneler, Lysdioder, optiska sensorer och andra applikationer, "Säger Wei.
