Lo sviluppo di materiali adatti all'uso in dispositivi optoelettronici è attualmente un'area di ricerca molto attiva. La ricerca di materiali da utilizzare negli elementi di conversione fotoelettrica deve essere condotta parallelamente allo sviluppo del processo di formazione del film ottimale per ciascun materiale, e questo può richiedere alcuni anni per un solo materiale. Finora c'è stato uno scambio, bilanciamento delle proprietà elettroniche e della morfologia del materiale. I ricercatori dell'Università di Osaka hanno sviluppato un processo in due fasi in grado di produrre materiali con buone proprietà morfologiche oltre a eccellenti prestazioni di fotoresistenza. I loro risultati sono stati pubblicati nel Journal of Physical Chemistry Letters .

solfuro di bismuto, Bi ₂ S ₃ , appartiene ad una classe di materiali noti come calcogenuri metallici, che mostrano notevoli promesse grazie alle loro proprietà ottiche ed elettroniche. Però, la performance di Bi ₂ S ₃ -dispositivi fotoreattivi basati dipende dal metodo utilizzato per elaborare il film, e molti degli approcci riportati sono ostacolati dalla bassa cristallinità del film. Anche quando si ottiene un'elevata cristallinità, la natura dei grani può avere un effetto negativo sulle prestazioni, pertanto sono desiderabili film con bassa rugosità superficiale e granulometria grande.

"Abbiamo cercato più di 200 materiali utilizzando un unico, metodo di screening ad altissima velocità in grado di valutare le prestazioni, anche quando sono disponibili solo campioni in polvere, ", dice l'autore corrispondente dello studio Akinori Saeki. "Abbiamo scoperto che il solfuro di bismuto, che è poco costoso e meno tossico dei materiali convenzionali delle celle solari inorganiche, possono essere lavorati in modo tale da non compromettere le sue eccellenti proprietà fotoelettriche."

La tecnica utilizzata produce un film stratificato 2-D in due fasi di trattamento; rivestimento per spin in soluzione seguito da cristallizzazione. Le prestazioni di fotorisposta della pellicola risultante hanno mostrato miglioramenti di 6-100 volte rispetto a quelle delle pellicole preparate utilizzando altri metodi di lavorazione. A causa della natura non tossica e abbondante del bismuto e dello zolfo, si prevede che i risultati influenzeranno lo sviluppo di dispositivi optoelettronici commerciali, comprese le celle solari.

"Abbiamo dimostrato una tecnica di lavorazione semplice che non compromette le prestazioni del materiale, " L'autore principale Ryosuke Nishikubo afferma. "Riteniamo che i semiconduttori a base di bismuto processabili in soluzione siano valide alternative alle celle solari inorganiche disponibili in commercio e promettono un uso futuro diffuso. Il fatto che siano atossici li distingue anche da altri materiali optoelettronici alternativi, come le perovskiti agli alogenuri di piombo".

La lavorazione dei materiali per le applicazioni dei dispositivi senza comprometterne le proprietà elettroniche è importante per rendere i materiali commercialmente rilevanti. Il processo riportato è stato utilizzato per preparare con successo altri semiconduttori di solfuro di metallo come solfuro di piombo, dimostrando la versatilità dell'approccio.