Des couches minces aux propriétés électroniques alléchantes

Les scientifiques ont créé des couches minces de sulfure de baryum et de zirconium (BaZrS3) et ont confirmé que ces matériaux ont des propriétés électroniques et optiques séduisantes prédites par les théoriciens.

Les films combinent une absorption lumineuse exceptionnellement forte avec un bon transport de charge – deux qualités qui les rendent idéaux pour des applications telles que le photovoltaïque et les diodes électroluminescentes (LED).

Dans les panneaux solaires, par exemple, les résultats des expériences suggèrent que les films BaZrS3 seraient beaucoup plus efficaces pour convertir la lumière du soleil en électricité que les matériaux traditionnels à base de silicium d’épaisseur identique, déclare le chercheur principal Hao Zeng, PhD, professeur de physique à l’Université du Buffalo College of Arts and Sciences. Cela pourrait faire baisser les coûts de l’énergie solaire, surtout parce que les nouveaux films se comportent admirablement, même lorsqu’ils présentent des imperfections. (La fabrication de matériaux presque sans défaut est généralement plus coûteuse, explique M. Zeng).

Pendant de nombreuses décennies, on n’a utilisé qu’une poignée de matériaux semi-conducteurs, le silicium étant le matériau dominant “, explique M. Zeng. ” Nos couches minces ouvrent la porte à une nouvelle orientation dans la recherche sur les semi-conducteurs. Il y a une chance d’explorer le potentiel d’une toute nouvelle classe de matériaux “.

Les doctorants en physique de l’UB Xiucheng Wei et Haolei Hui en sont les premiers auteurs. Le projet – financé par un prix SunShot du ministère américain de l’énergie (DOE) et par un prix de la Fondation nationale des sciences (NSF) pour la chimie, l’ingénierie et les matériaux durables – comprenait des contributions de chercheurs de l’UB, de l’Université normale de Taiyuan, de l’Université des sciences et technologies du Sud, de l’Université Jiaotong de Xi’an et de l’Académie chinoise des sciences, tous en Chine, du Laboratoire national de Los Alamos et de l’Institut polytechnique de Rensselaer.

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Expériences inspirées par des prédictions théoriques

Le BaZrS3 appartient à une catégorie de matériaux connus sous le nom de pérovskites chalcogénures, qui sont des composés non toxiques et abondants en terre. Ces dernières années, les théoriciens ont calculé que diverses pérovskites de chalcogénures devraient présenter des propriétés électroniques et optiques utiles, et ces prédictions ont capté l’intérêt et l’imagination d’expérimentateurs comme Zeng.

Le BaZrS3 n’est pas un matériau totalement nouveau. Zeng a étudié l’histoire du composé et a trouvé des informations remontant aux années 1950.

Il existe depuis plus d’un demi-siècle “, dit-il. ” Parmi les recherches antérieures, une entreprise de Niagara Falls l’a produit sous forme de poudre. Je pense que les gens n’y ont pas prêté beaucoup d’attention.

Mais les couches minces – et non la poudre – sont nécessaires pour des applications telles que le photovoltaïque et les LED, c’est donc ce que l’équipe de Zeng s’est efforcée de créer.

Les chercheurs ont fabriqué leurs films BaZrS3 en utilisant un laser pour chauffer et vaporiser l’oxyde de baryum et de zirconium. La vapeur a été déposée sur une surface de saphir, formant un film, puis convertie en matériau final par une réaction chimique appelée sulfurisation.

La recherche sur les semi-conducteurs a toujours été très axée sur les matériaux classiques “, explique M. Hui. ” C’est l’occasion d’explorer quelque chose de nouveau. Les pérovskites de chalcogénure partagent certaines similitudes avec les pérovskites d’halogénure qui font l’objet de nombreuses recherches, mais ne souffrent pas de la toxicité et de l’instabilité de ces derniers matériaux“.

Maintenant que nous avons un film mince fait de BaZrS3, nous pouvons étudier ses propriétés fondamentales et comment il pourrait être utilisé dans les panneaux solaires, les LED, les capteurs optiques et d’autres applications “, dit Wei.

L’étude a été publiée en novembre dans la revue Nano Energy.

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[ Communiqué ]
Lien principal : www.buffalo.edu/
Autre lien : dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104317

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