Het ontwikkelen van materialen die geschikt zijn voor gebruik in opto-elektronische apparaten is momenteel een zeer actief onderzoeksgebied. Het zoeken naar materialen voor gebruik in foto-elektrische conversie-elementen moet parallel worden uitgevoerd met het ontwikkelen van het optimale filmvormingsproces voor elk materiaal, en dit kan een paar jaar duren voor slechts één materiaal. Tot nu toe is er een wisselwerking geweest, balanceren van elektronische eigenschappen en materiaalmorfologie. Onderzoekers van de Universiteit van Osaka hebben een proces in twee stappen ontwikkeld waarmee naast uitstekende fotoresistorprestaties ook materialen met goede morfologische eigenschappen kunnen worden geproduceerd. Hun bevindingen werden gepubliceerd in de Journal of Physical Chemistry Letters .

Bismutsulfide, Bi ₂ S ₃ , behoort tot een klasse van materialen die bekend staat als metaalchalcogeniden, die veelbelovend zijn vanwege hun optische en elektronische eigenschappen. Echter, het optreden van Bi ₂ S ₃ -gebaseerde fotoresponsieve apparaten is afhankelijk van de methode die wordt gebruikt om de film te verwerken, en veel van de gerapporteerde benaderingen worden gehinderd door lage filmkristalliniteit. Zelfs wanneer een hoge kristalliniteit wordt bereikt, de aard van de granen kan een negatief effect hebben op de prestaties, daarom zijn films met een lage oppervlakteruwheid en grote korrelgrootte wenselijk.

"We hebben meer dan 200 materialen doorzocht met behulp van een unieke, ultrasnelle screeningmethode die de prestaties kan evalueren, zelfs als er alleen poedermonsters beschikbaar zijn, " studie corresponderende auteur Akinori Saeki zegt. "We vonden dat bismutsulfide, die goedkoop en minder giftig is dan conventionele anorganische zonnecelmaterialen, kan worden verwerkt op een manier die de uitstekende foto-elektrische eigenschappen niet in gevaar brengt."

De gebruikte techniek produceert een 2-D gelaagde film in twee behandelingsstappen; oplossing spin-coating gevolgd door kristallisatie. De fotoresponsprestaties van de resulterende film vertoonden verbeteringen van 6-100 keer vergeleken met die van films die met andere verwerkingsmethoden waren bereid. Vanwege de niet-toxische en overvloedige aard van bismut en zwavel, de bevindingen zullen naar verwachting de ontwikkeling van commerciële opto-elektronische apparaten, waaronder zonnecellen, beïnvloeden.

"We hebben een gemakkelijke verwerkingstechniek gedemonstreerd die de materiaalprestaties niet in gevaar brengt, " zegt hoofdauteur Ryosuke Nishikubo. "Wij geloven dat oplossing-verwerkbare op bismut gebaseerde halfgeleiders levensvatbare alternatieven zijn voor commercieel verkrijgbare anorganische zonnecellen en veelbelovend zijn voor wijdverbreid toekomstig gebruik. Het feit dat ze niet-toxisch zijn, onderscheidt ze ook van andere alternatieve opto-elektronische materialen, zoals loodhalogenideperovskieten."

Het verwerken van materialen voor apparaattoepassingen zonder afbreuk te doen aan hun elektronische eigenschappen is belangrijk om materialen commercieel relevant te maken. Het gerapporteerde proces is gebruikt om met succes andere metaalsulfidehalfgeleiders te bereiden, zoals loodsulfide, om de veelzijdigheid van de aanpak aan te tonen.