如何使用普通元素制造光电材料

2020-5-19 10:24| 发布者: root| 查看: 56| 评论: 0

摘要: 随着科技的发展,我们享受了很多科技带来的成果,但同时,我们也不得不面对一个现实,那就是:从常见的薄膜太阳能电池板,到我们手中的手机,再到家里照明用的LED灯泡……,所有这些都是使用地球上最稀有、最昂贵的 ...

随着科技的发展,我们享受了很多科技带来的成果,但同时,我们也不得不面对一个现实,那就是:从常见的薄膜太阳能电池板,到我们手中的手机,再到家里照明用的LED灯泡……,所有这些都是使用地球上最稀有、最昂贵的元素材料制成的,而当这些稀有昂贵的资源到了枯竭的那一天,我们应该用什么来保证我们的生活和发展?

近日,由密歇根大学和西密歇根大学的研究人员组成的研究团队公开了他们所设计出的一种方法,可以用更便宜,更普通的元素来制造这些光电材料。对这些材料进行适当调整就可以有效地从太阳光谱中的不同波长的光中收集电能,还可以产生各种照明光。

只有特定种类的化合物,两种或多种元素的组合,才可用于制造有效发光或聚电的电子器件。例如,第III族包括诸如铟和镓的元素,这两种相对稀缺的元素目前仍然是光电应用的基础。最重要的是,这些元素通常仅存在于世界上的少数几个地方。而这些元素同时还有不易回收的问题,供应非常有限,存在资源枯竭的危险。

研究小组找到了一种方法,从第III族周围的II,IV和V族元素中选取两个普通元素来组成新的化合物,这种II-IV-V化合物可用于代替典型III-V光电材料,并且具有和III-V光电材料类似的特性,同时成本更低,而且资源更丰富。

锌,锡和氮的新型化合物可以获取太阳能和光能,因此它可用于薄膜太阳能电池以及LED灯泡、手机屏幕和电视显示器等。使用镁代替锌进一步还可以将材料的范围扩展到蓝色和紫外光。这两种化合物都是“可调的” ,也就是说,当生长任何一种化合物的晶体时,化合物中不同元素的排列方式就会使材料对特定波长的光敏感。

这种可调性是非常重要的,因为它允许研究人员调整材料以响应最广泛的光波长范围。这对于发光二极管尤为重要,设计人员可以选择所产生的光的颜色。

“当你照亮家庭或办公室时,你希望能够调节光线的温暖,通常模仿自然阳光,”克拉克说。“这些新的II-IV-V化合物将使我们能够做到这一点。”

西密歇根大学的Makin,也是该研究论文的主要作者,使用一种称为分子束外延(MBE)的技术在特定的条件下生产所需的化合物,以制造具有精确控制的原子有序度的薄膜。

MBE以系统的方式排列化合物的每个原子层,因此研究人员可以在生长它时研究薄层或薄膜结构。后续需要详细研究这个材料系列的电子响应和各种纳米级架构的测试,以利用它们的多功能性。


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