Gli scienziati hanno creato film sottili a base di solfuro di bario zirconio (BaZrS ₃ ) e ha confermato che i materiali hanno proprietà elettroniche e ottiche allettanti previste dai teorici.

I film combinano un assorbimento della luce eccezionalmente forte con un buon trasporto di carica, due qualità che li rendono ideali per applicazioni come il fotovoltaico e i diodi a emissione di luce (LED).

Nei pannelli solari, Per esempio, risultati sperimentali suggeriscono che BaZrS ₃ i film sarebbero molto più efficienti nel convertire la luce solare in elettricità rispetto ai tradizionali materiali a base di silicio con spessori identici, afferma il ricercatore capo Hao Zeng, dottorato di ricerca, professore di fisica all'Università del Buffalo College of Arts and Sciences. Ciò potrebbe ridurre i costi dell'energia solare, soprattutto perché i nuovi film si sono comportati egregiamente anche quando avevano delle imperfezioni. (La produzione di materiali quasi impeccabili è in genere più costosa, Zeng spiega.)

"Per molti decenni, ci sono stati solo una manciata di materiali semiconduttori che sono stati utilizzati, con il silicio come materiale dominante, " Zeng dice. "I nostri film sottili aprono la porta a una nuova direzione nella ricerca sui semiconduttori. C'è la possibilità di esplorare il potenziale di una classe di materiali completamente nuova."

Lo studio è stato pubblicato a novembre sulla rivista Nano energia .

Dottorato di ricerca in fisica UB gli studenti Xiucheng Wei e Haolei Hui furono i primi autori. Il progetto, finanziato dal premio SunShot del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti (DOE) e dalla chimica sostenibile della National Science Foundation (NSF), Premio per l'ingegneria e i materiali:include contributi dei ricercatori di UB; Università Normale di Taiyuan, Università meridionale della scienza e della tecnologia, Xi'an Jiaotong University e l'Accademia cinese delle scienze, tutto in Cina; Laboratorio Nazionale di Los Alamos; e Rensselaer Polytechnic Institute.

Esperimenti ispirati da previsioni teoriche

BaZrS ₃ appartiene ad una categoria di materiali noti come perovskiti calcogenuri, che non sono tossici, composti abbondanti in terra.

Negli ultimi anni, i teorici hanno calcolato che varie perovskiti calcogenuri dovrebbero esibire utili proprietà elettroniche e ottiche, e queste previsioni hanno catturato l'interesse e l'immaginazione di sperimentalisti come Zeng.

BaZrS ₃ non è un materiale totalmente nuovo. Zeng ha esaminato la storia del composto, e ha trovato informazioni risalenti agli anni '50.

"Esiste da più di mezzo secolo, " dice. "Tra le ricerche precedenti, un'azienda delle cascate del Niagara lo produceva in polvere. Penso che la gente ci abbia prestato poca attenzione".

Ma i film sottili, non la polvere, sono necessari per applicazioni come il fotovoltaico e i LED, quindi questo è ciò che il team di Zeng ha deciso di creare.

I ricercatori hanno realizzato il loro BaZrS ₃ pellicole utilizzando un laser per riscaldare e vaporizzare l'ossido di bario e zirconio. Il vapore si è depositato su una superficie di zaffiro, formare un film, e poi convertito nel materiale finale attraverso una reazione chimica chiamata solforazione.

"La ricerca sui semiconduttori è stata tradizionalmente molto focalizzata sui materiali convenzionali, " Hui dice. "Questa è un'opportunità per esplorare qualcosa di nuovo. Le perovskiti calcogenuri condividono alcune somiglianze con le perovskiti ad alogenuri ampiamente studiate, ma non soffrono della tossicità e dell'instabilità di questi ultimi materiali."

"Ora che abbiamo un film sottile realizzato con BaZrS ₃ , possiamo studiare le sue proprietà fondamentali e come potrebbe essere utilizzato nei pannelli solari, LED, sensori ottici e altre applicazioni, " dice Wei.