Halfgeleiders met smalle openingen en de mogelijkheid om zichtbaar licht te gebruiken, hebben veel belangstelling gekregen dankzij hun veelzijdigheid. Nutsvoorzieningen, wetenschappers in Japan hebben een nieuw halfgeleidermateriaal ontwikkeld en gekarakteriseerd voor toepassing in door licht gestimuleerde procescomponenten. De bevindingen hebben, Voor de eerste keer, suggereerde een nieuwe manier om de band gap in goedkopere en niet-toxische op tin gebaseerde oxidehalfgeleiders te verkleinen voor efficiënte op licht gebaseerde toepassingen.

Halfgeleiders die het alomtegenwoordige zichtbare spectrum van licht kunnen benutten voor verschillende technologische toepassingen, zouden een zegen zijn voor de materiële wereld. Echter, dergelijke halfgeleiders zijn vaak niet goedkoop en kunnen vaak giftig zijn. Nutsvoorzieningen, een groep materiaalwetenschappers van het Tokyo Institute of Technology en de Kyushu University hebben samengewerkt om een ​​goedkoper en niet-toxisch halfgeleidermateriaal met nauwe openingen te ontwikkelen met mogelijke "op licht gebaseerde" of fotofunctionele toepassingen, volgens een recente studie gepubliceerd in Chemie van materialen .

Tinhoudende oxidehalfgeleiders zijn goedkoper dan de meeste halfgeleidermaterialen, maar hun fotofunctionele toepassingen worden beperkt door een brede optische bandafstand. Het eerder genoemde team van wetenschappers, geleid door Dr. Kazuhiko Maeda, Universitair hoofddocent bij de afdeling Chemie, Tokio Instituut voor Technologie, ontwikkelde een op perovskiet gebaseerd halfgeleidermateriaal dat vrij is van giftig lood en een breed scala aan zichtbaar licht kan absorberen (Figuur 1). Het team "gedoopt, " of opzettelijk geïntroduceerd, hydride-ionen in het tinhoudende halfgeleidermateriaal. Daarbij, ze hebben met succes de band gap verkleind van 4 eV naar 2 eV, vanwege de chemische reductie van de tincomponent die gepaard ging met de dotering van hydride-ionen.

De wetenschappers waren ook in staat om een ​​cruciale tinreductiereactie in het halfgeleidermateriaal te lokaliseren door middel van fysisch-chemische metingen. Deze reductie leidt tot de vorming van een "tin eenzaam elektronenpaar, " waarvan de verschillende elektronische toestanden met name bijdragen aan de absorptie van zichtbaar licht van het materiaal. Ze schrijven deze gewenste eigenschap ook toe aan de voorafgaande introductie van zuurstofdefecten in het materiaal. Het belang van de zuurstofdefecten benadrukkend, Dr. Maeda, die ook een corresponderende auteur van de studie is, verklaart, "De voorafgaande introductie van zuurstofgebreken in BaSnO ₃ door Y ³⁺ vervanging voor Sn ⁴⁺ is ook onontbeerlijk om een ​​significante reductie van de band gap te realiseren."

Om te bevestigen dat het ontwikkelde halfgeleidermateriaal inderdaad fotofunctioneel is, de wetenschappers testten de toepasbaarheid van het halfgeleidermateriaal in een foto-elektrode. Ze merkten op dat het ontwikkelde materiaal een duidelijke anodische fotorespons gaf tot de verwachte 600 nm.

Over de impact van het onderzoek gesproken, Dr. Katsuro Hayashi, Professor van de Faculteit Ingenieurswetenschappen, Kyushu-universiteit, en de andere corresponderende auteur van de studie, zegt, "Algemeen, de studie heeft een enorme sprong voorwaarts gemaakt in de ontwikkeling van een goedkoper, niet giftig, smalle optische bandopening, tinhoudend halfgeleidermateriaal voor praktische toepassingen in zonnecellen, fotokatalyse en pigmenten."

Dankzij de inspanningen van de onderzoekers, we kunnen aanzienlijke vooruitgang verwachten in de ontwikkeling van verschillende nieuwere loodvrije, zichtbaar lichtabsorberende materialen met talloze toepassingen.