I semiconduttori a gap ridotto con la capacità di utilizzare la luce visibile hanno riscosso un notevole interesse grazie alla loro versatilità. Ora, scienziati in Giappone hanno sviluppato e caratterizzato un nuovo materiale semiconduttore per l'applicazione in componenti di processo stimolati dalla luce. I risultati hanno, per la prima volta, ha suggerito un nuovo modo per ridurre il band gap nei semiconduttori di ossido a base di stagno più economici e non tossici per applicazioni efficienti a base di luce.

I semiconduttori in grado di sfruttare l'onnipresente spettro di luce visibile per diverse applicazioni tecnologiche servirebbero da vantaggio per il mondo materiale. Però, tali semiconduttori spesso non sono economici e spesso possono essere tossici. Ora, un gruppo di scienziati dei materiali del Tokyo Institute of Technology e dell'Università di Kyushu ha collaborato per sviluppare un materiale semiconduttore a gap stretto più economico e non tossico con potenziali applicazioni "basate sulla luce" o fotofunzionali, secondo un recente studio pubblicato su Chimica dei materiali .

I semiconduttori di ossido contenenti stagno sono più economici della maggior parte dei materiali semiconduttori, ma le loro applicazioni fotofunzionali sono limitate da un ampio gap di banda ottica. Il suddetto team di scienziati, guidato dal dottor Kazuhiko Maeda, Professore Associato presso il Dipartimento di Chimica, Istituto di tecnologia di Tokyo, ha sviluppato un materiale semiconduttore a base di perovskite privo di piombo tossico e in grado di assorbire un'ampia gamma di luce visibile (Figura 1). La squadra "drogata, "o introdotto intenzionalmente, ioni idruro nel materiale semiconduttore contenente stagno. Così facendo, hanno ridotto con successo il band gap da 4 eV a 2 eV, a causa della riduzione chimica del componente stagno che ha accompagnato il drogaggio dello ione idruro.

Gli scienziati sono stati anche in grado di individuare una reazione cruciale di riduzione dello stagno nel materiale semiconduttore attraverso misurazioni fisico-chimiche. Questa riduzione porta alla generazione di una "coppia di elettroni solitari di stagno, " i cui diversi stati elettronici contribuiscono notevolmente all'assorbimento della luce visibile del materiale. Inoltre attribuiscono questa proprietà desiderata alla previa introduzione di difetti di ossigeno nel materiale. Evidenziando l'importanza dei difetti di ossigeno, Dottor Maeda, che è anche un corrispondente autore dello studio, spiega, "La precedente introduzione di difetti di ossigeno in BaSnO ₃ di Y ³⁺ sostituzione per Sn ⁴⁺ è indispensabile anche per realizzare una significativa riduzione del band gap."

Per confermare che il materiale semiconduttore sviluppato è effettivamente fotofunzionale, gli scienziati hanno testato l'applicabilità del materiale semiconduttore in un fotoelettrodo. Hanno osservato che il materiale sviluppato ha fornito una chiara fotorisposta anodica fino ai 600 nm previsti.

Parlando dell'impatto dello studio, Dott. Katsuro Hayashi, Professore della Facoltà di Ingegneria, Università di Kyushu, e l'altro autore corrispondente dello studio, dice, "Globale, lo studio ha consentito un passo da gigante nello sviluppo di un sistema più economico, non tossico, stretto gap di banda ottica, materiale semiconduttore contenente stagno per applicazioni pratiche in celle solari, fotocatalisi e pigmenti."

Grazie agli sforzi dei ricercatori, possiamo aspettarci progressi significativi nello sviluppo di molti altri nuovi materiali che assorbono la luce visibile senza piombo con una miriade di applicazioni.