Les semi-conducteurs à faible écart avec la capacité d'utiliser la lumière visible ont suscité un grand intérêt grâce à leur polyvalence. Maintenant, des scientifiques japonais ont développé et caractérisé un nouveau matériau semi-conducteur destiné à être appliqué dans des composants de processus stimulés par la lumière. Les conclusions ont, pour la première fois, a suggéré une nouvelle façon de réduire la bande interdite dans les semi-conducteurs à base d'oxyde d'étain moins chers et non toxiques pour des applications efficaces basées sur la lumière.

Des semi-conducteurs capables d'exploiter le spectre visible omniprésent de la lumière pour différentes applications technologiques seraient une aubaine pour le monde matériel. Cependant, ces semi-conducteurs ne sont souvent pas bon marché et peuvent souvent être toxiques. Maintenant, un groupe de scientifiques des matériaux de l'Institut de technologie de Tokyo et de l'Université de Kyushu ont collaboré pour développer un matériau semi-conducteur à faible intervalle moins cher et non toxique avec des applications potentielles « à base de lumière » ou photofonctionnelles, selon une étude récente publiée dans Chimie des Matériaux .

Les semi-conducteurs à base d'oxyde contenant de l'étain sont moins chers que la plupart des matériaux semi-conducteurs, mais leurs applications photofonctionnelles sont limitées par une large bande interdite optique. L'équipe de scientifiques susmentionnée, dirigé par le Dr Kazuhiko Maeda, Professeur agrégé au Département de chimie, Institut de technologie de Tokyo, ont développé un matériau semi-conducteur à base de pérovskite qui est exempt de plomb toxique et peut absorber une large gamme de lumière visible (Figure 1). L'équipe "dopé, " ou introduit intentionnellement, des ions hydrure dans le matériau semi-conducteur contenant de l'étain. Ce faisant, ils ont réussi à réduire la bande interdite de 4 eV à 2 eV, en raison de la réduction chimique du composant d'étain qui accompagnait le dopage ionique hydrure.

Les scientifiques ont également pu identifier une réaction cruciale de réduction de l'étain dans le matériau semi-conducteur grâce à des mesures physico-chimiques. Cette réduction conduit à la génération d'une "paire d'électrons isolés d'étain, " dont les différents états électroniques contribuent notamment à l'absorption de la lumière visible du matériau. Ils attribuent également cette propriété recherchée à l'introduction préalable de défauts d'oxygène dans le matériau. Soulignant l'importance des défauts d'oxygène, Dr Maeda, qui est également auteur correspondant de l'étude, explique, "L'introduction préalable de défauts d'oxygène dans le BaSnO 3 par Y ³⁺ substitution de Sn ⁴⁺ est également indispensable pour réaliser une réduction significative de la bande interdite."

Pour confirmer que le matériau semi-conducteur développé est bien photofonctionnel, les scientifiques ont testé l'applicabilité du matériau semi-conducteur dans une photoélectrode. Ils ont observé que le matériau développé donnait une photoréponse anodique claire jusqu'aux 600 nm attendus.

Parlant de l'impact de l'étude, Dr Katsuro Hayashi, Professeur de la Faculté d'Ingénierie, Université de Kyushu, et l'autre auteur correspondant de l'étude, dit, "Globalement, l'étude a permis un pas de géant dans le développement d'une solution moins chère, non toxique, bande interdite optique étroite, matériau semi-conducteur contenant de l'étain pour des applications pratiques dans les cellules solaires, photocatalyse et pigments."

Grâce aux efforts des chercheurs, nous pouvons nous attendre à des avancées significatives dans le développement de plusieurs nouveaux matériaux absorbant la lumière visible sans plomb avec une myriade d'applications.