Japanse wetenschappers hebben een nieuwe manier gevonden om de efficiëntie van kristalhalfgeleiders te detecteren. Voor de eerste keer ooit, het team gebruikte een specifiek soort fotoluminescentiespectroscopie, een manier om licht te detecteren, karakteriseren van de halfgeleiders. De uitgestraalde lichtenergie werd gebruikt als een indicator voor de kwaliteit van het kristal. Deze methode leidt mogelijk tot efficiëntere light-emitting diodes (LED's) en zonnecellen. Aanvullend, het zou verschillende andere ontwikkelingen op het gebied van elektronica kunnen inluiden.

Het onderzoek, gepubliceerd in APL-materialen op 31 juli, 2019, omvat kristallen die loodhalogenideperovskieten worden genoemd - unieke soorten materialen met structuren die efficiënt zijn voor de prestaties van zonnecellen. De kristallen bestaan ​​uit een organisch materiaal verstrengeld met een anorganisch materiaal. Perovskieten zijn halfgeleidermaterialen die veel toepassingen hebben. Ze zijn efficiënter en veel gemakkelijker en goedkoper te maken dan standaard commerciële zonnecellen.

Verder, deze veelbelovende kristallen kunnen ook leiden tot nieuwe elektronische displays, sensoren en andere apparaten die worden geactiveerd door licht, het verhogen van de efficiëntie tegen lagere kosten voor fabrikanten van opto-elektronica die licht gebruiken. In aanvulling, deze kristallen hebben het potentieel om zonne-energie te oogsten. De meeste zonnecellen zijn gemaakt met siliciumkristallen, een relatief eenvoudig en effectief materiaal om te verwerken. Echter, op perovskiet gebaseerde apparaten bieden waarschijnlijk een hogere conversie-efficiëntie dan silicium.

"Voor de verdere ontwikkeling van op perovskiet gebaseerde apparaten, het is essentieel om de absolute efficiëntie in hoogwaardige perovskietkristallen kwantitatief te evalueren zonder aan te nemen dat een vooraf gedefinieerd fysiek model van bijzonder belang is, " zei corresponderende auteur Kazunobu Kojima, Universitair hoofddocent aan de Tohoku University, Japan. "Onze methode is nieuw en uniek omdat eerdere methoden vertrouwden op efficiëntieschatting door modelafhankelijke analyses van fotoluminescentie."

Het begrijpen van fotoluminescentie is belangrijk voor het ontwerpen van apparaten die licht genereren of detecteren, inclusief zonnecellen, LED's en lichtsensoren. Tot dusver, deze detecties waren grotendeels gebaseerd op theoretische modellering als een manier om de efficiëntie van op perovskiet gebaseerde halfgeleiders te voorspellen. Voor dit onderzoek is de auteurs hebben een techniek geïmplementeerd die ze oorspronkelijk in 2016 hadden voorgesteld, genaamd Omnidirectionele fotoluminescentiespectroscopie of "ODPL-spectroscopie". De procedure is een contactloze, niet-destructieve methode om de elektronische structuur van de kristallen vanuit alle richtingen te onderzoeken, waardoor ze gemakkelijk en snel de eigenschappen van de kristallen kunnen kwantificeren.

Een belangrijke volgende stap is het implementeren van ODPL-spectroscopie om verschillende soorten perovskietmaterialen te onderzoeken. Dit kan leiden tot een beter begrip van op kristallen gebaseerde halfgeleiders en tot efficiëntere halfgeleiders. De auteurs stellen dat hun toekomstige studies zich zullen concentreren op zowel het verhogen van de kristalefficiëntie als het verzekeren dat het op alle gebieden van materialen wordt verenigd.