Le développement de matériaux adaptés à une utilisation dans des dispositifs optoélectroniques est actuellement un domaine de recherche très actif. La recherche de matériaux à utiliser dans les éléments de conversion photoélectrique doit être menée parallèlement au développement du processus optimal de formation de film pour chaque matériau, et cela peut prendre quelques années pour un seul matériau. Jusqu'à présent, il y a eu un compromis, équilibrer les propriétés électroniques et la morphologie des matériaux. Des chercheurs de l'Université d'Osaka ont développé un processus en deux étapes qui peut produire des matériaux avec de bonnes propriétés morphologiques en plus d'excellentes performances de photorésistance. Leurs conclusions ont été publiées dans le Journal des lettres de chimie physique .

Sulfure de bismuth, Bi 2 S 3 , appartient à une classe de matériaux appelés chalcogénures métalliques, qui sont très prometteurs en raison de leurs propriétés optiques et électroniques. Cependant, les performances de Bi 2 S 3 -les dispositifs photosensibles dépendent de la méthode utilisée pour traiter le film, et bon nombre des approches signalées sont entravées par une faible cristallinité du film. Même lorsqu'une cristallinité élevée est atteinte, la nature des grains peut avoir un effet négatif sur les performances, par conséquent, des films avec une faible rugosité de surface et une grande taille de grain sont souhaitables.

"Nous avons recherché plus de 200 matériaux à l'aide d'un méthode de criblage ultra-rapide qui peut évaluer les performances, même lorsque seuls des échantillons en poudre sont disponibles, " étude auteur correspondant Akinori Saeki dit. " Nous avons trouvé que le sulfure de bismuth, qui est peu coûteux et moins toxique que les matériaux de cellules solaires inorganiques conventionnels, peut être traité d'une manière qui ne compromet pas ses excellentes propriétés photoélectriques."

La technique utilisée produit un film stratifié 2D en deux étapes de traitement; revêtement par centrifugation en solution suivi d'une cristallisation. Les performances de réponse photo du film résultant ont montré des améliorations de 6 à 100 fois par rapport à celles des films préparés en utilisant d'autres méthodes de traitement. En raison de la nature non toxique et abondante du bismuth et du soufre, les résultats devraient influencer le développement de dispositifs optoélectroniques commerciaux, y compris les cellules solaires.

« Nous avons démontré une technique de traitement facile qui ne compromet pas les performances des matériaux, ", a déclaré l'auteur principal Ryosuke Nishikubo. "Nous pensons que les semi-conducteurs à base de bismuth traitables en solution sont des alternatives viables aux cellules solaires inorganiques disponibles dans le commerce et sont prometteurs pour une utilisation future généralisée. Le fait qu'ils soient non toxiques les distingue également des autres matériaux optoélectroniques alternatifs, comme les pérovskites aux halogénures de plomb."

Le traitement des matériaux pour les applications d'appareils sans compromettre leurs propriétés électroniques est important pour rendre les matériaux commercialement pertinents. Le processus rapporté a été utilisé pour préparer avec succès d'autres semi-conducteurs de sulfure métallique tels que le sulfure de plomb, démontrant la polyvalence de l'approche.