Une équipe de recherche de l'Institut de technologie de Tokyo a montré que le nitrure de cuivre agit comme un semi-conducteur de type n, à conduction de type p assurée par dopage au fluor, utilisant une technique de nitruration unique applicable à la production de masse et une recherche informatique d'éléments dopants appropriés, ainsi que la microscopie à résolution atomique et l'analyse de structure électronique utilisant le rayonnement synchrotron. Ces semi-conducteurs en nitrure de cuivre de type n et de type p pourraient potentiellement remplacer les matériaux toxiques ou rares conventionnels dans les cellules photovoltaïques.

Les panneaux photovoltaïques à couches minces ont une efficacité équivalente et peuvent réduire le coût des matériaux par rapport aux panneaux solaires au silicium dominant le marché. En utilisant l'effet photovoltaïque, de fines couches de matériaux spécifiques de type p et de type n sont prises en sandwich pour produire de l'électricité à partir de la lumière du soleil. La technologie promet un avenir meilleur pour l'énergie solaire, permettant des filières de fabrication à faible coût et évolutives par rapport à la technologie du silicium cristallin, même si des matériaux toxiques et rares sont utilisés dans les cellules solaires à couche mince commercialisées. Une équipe de l'Institut de technologie de Tokyo a mis au défi de trouver un nouveau matériau candidat pour produire des produits plus propres, photovoltaïque à couche mince moins cher.

Ils se sont concentrés sur un composé binaire simple, nitrure de cuivre composé d'éléments respectueux de l'environnement. Cependant, la croissance d'un cristal de nitrure sous une forme de haute qualité est un défi car l'histoire nous dit de développer des LED bleues au nitrure de gallium. Matsuzaki et ses collègues ont surmonté la difficulté en introduisant une nouvelle voie de réaction catalytique utilisant de l'ammoniac et du gaz oxydant. Ce composé, représenté à travers la photographie de la figure (a), est un conducteur de type n qui a un excès d'électrons. D'autre part, en insérant un élément fluor dans l'espace ouvert du cristal, ils ont trouvé ce composé de type n transformé en type p comme prédit par des calculs théoriques et directement prouvé par microscopie à résolution atomique dans les figures (b) et (c), respectivement.

Tous les photovoltaïques en couches minces existants nécessitent un partenaire de type p ou de type n dans leur constitution d'une structure sandwich, nécessitant d'énormes efforts pour trouver la meilleure combinaison. La conduction de type P et de type n dans le même matériau développé par Matsuzaki et ses collègues est bénéfique pour concevoir une structure de cellule solaire très efficace sans de tels efforts. Ce matériau est non toxique, abondant, et donc potentiellement bon marché - des remplacements idéaux pour les cellules solaires à couche mince utilisées en tellurure de cadmium et en cuivre indium gallium diséléniure. Avec le développement de ces semi-conducteurs de type p et de type n, dans une technique de formage évolutive utilisant des éléments simples sûrs et abondants, les qualités positives mettront davantage en lumière la technologie des couches minces.