Los científicos han creado películas delgadas hechas de sulfuro de bario-circonio BaZrS3 y confirmaron que los materiales tienen atractivas propiedades electrónicas y ópticas predichas por los teóricos.
Las películas combinan una absorción de luz excepcionalmente fuerte con un buen transporte de carga, dos cualidades que las hacen ideales para aplicaciones tales como fotovoltaica y diodos emisores de luz LED.
En paneles solares, por ejemplo, los resultados experimentales sugieren que las películas BaZrS3 serían mucho más eficientes para convertir la luz solar en electricidad que los materiales tradicionales a base de silicio con espesores idénticos, dice el investigador principal Hao Zeng, PhD, profesor de física en la Universidad deBuffalo College of Arts and Sciences. Esto podría reducir los costos de energía solar, especialmente porque las nuevas películas se desempeñaron admirablemente incluso cuando tenían imperfecciones la fabricación de materiales casi perfectos suele ser más costosa, explica Zeng.
"Durante muchas décadas, solo se ha utilizado un puñado de materiales semiconductores, siendo el silicio el material dominante", dice Zeng. "Nuestras películas delgadas abren la puerta a una nueva dirección en la investigación de semiconductores. Existe la posibilidadpara explorar el potencial de una clase completamente nueva de materiales "
El estudio fue publicado en noviembre en la revista nano energía .
Los estudiantes de doctorado en física de la UB, Xiucheng Wei y Haolei Hui, fueron los primeros autores. El proyecto, financiado por un premio SunShot del Departamento de Energía de EE. UU. Y el Premio de Química Sostenible, Ingeniería y Materiales de la Fundación Nacional de Ciencias NSF, incluyó contribucionesde investigadores de la UB; Taiyuan Normal University, Southern University of Science & Technology, Xi'an Jiaotong University y la Academia de Ciencias de China, todas en China; Los Alamos National Laboratory; y Rensselaer Polytechnic Institute.
Experimentos inspirados en predicciones teóricas
BaZrS3 pertenece a una categoría de materiales conocidos como perovskitas de calcogenuro, que son compuestos no tóxicos y abundantes en la tierra. En los últimos años, los teóricos han calculado que varias perovskitas de calcogenuro deben exhibir propiedades electrónicas y ópticas útiles, y estas predicciones han capturado el interés yimaginación de experimentadores como Zeng.
BaZrS3 no es un material totalmente nuevo. Zeng examinó la historia del compuesto y encontró información que data de la década de 1950.
"Ha existido durante más de medio siglo", dice. "Entre una investigación anterior, una compañía en las Cataratas del Niágara lo produjo en forma de polvo. Creo que la gente le prestó poca atención".
Pero se necesitan películas delgadas, no polvo, para aplicaciones como la energía fotovoltaica y los LED, así que eso es lo que el equipo de Zeng se propuso crear.
Los investigadores diseñaron sus películas BaZrS3 utilizando un láser para calentar y vaporizar el óxido de bario y circonio. El vapor se depositó en una superficie de zafiro, formando una película, y luego se convirtió en el material final a través de una reacción química llamada sulfuración.
"La investigación de semiconductores se ha centrado tradicionalmente en materiales convencionales", dice Hui. "Esta es una oportunidad para explorar algo nuevo. Las perovskitas de calcogenuro comparten algunas similitudes con las perovskitas de haluro ampliamente investigadas, pero no sufren la toxicidad y la inestabilidad de las mismas.los últimos materiales "
"Ahora que tenemos una película delgada hecha de BaZrS3, podemos estudiar sus propiedades fundamentales y cómo podría usarse en paneles solares, LED, sensores ópticos y otras aplicaciones", dice Wei.
Además del programa NSF y DOE SunShot, la investigación recibió el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por el Laboratorio de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear de EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Buffalo . Original escrito por Charlotte Hsu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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