Les scientifiques ont créé des films minces à base de sulfure de baryum et de zirconium (BaZrS 3 ) et a confirmé que les matériaux ont des propriétés électroniques et optiques séduisantes prédites par les théoriciens.

Les films combinent une absorption lumineuse exceptionnellement forte avec un bon transport de charge, deux qualités qui les rendent idéaux pour des applications telles que le photovoltaïque et les diodes électroluminescentes (DEL).

Dans les panneaux solaires, par exemple, les résultats expérimentaux suggèrent que BaZrS 3 les films seraient beaucoup plus efficaces pour convertir la lumière du soleil en électricité que les matériaux traditionnels à base de silicium avec des épaisseurs identiques, dit le chercheur principal Hao Zeng, Doctorat., professeur de physique à l'Université du Buffalo College of Arts and Sciences. Cela pourrait réduire les coûts de l'énergie solaire, surtout parce que les nouveaux films fonctionnaient admirablement même quand ils avaient des imperfections. (La fabrication de matériaux presque irréprochables est généralement plus chère, Zeng explique.)

« Pendant de nombreuses décennies, il n'y a eu qu'une poignée de matériaux semi-conducteurs qui ont été utilisés, le silicium étant le matériau dominant, " dit Zeng. "Nos couches minces ouvrent la porte à une nouvelle direction dans la recherche sur les semi-conducteurs. Il y a une chance d'explorer le potentiel d'une toute nouvelle classe de matériaux."

L'étude a été publiée en novembre dans la revue Nano énergie .

Ph.D. physique de l'UB les étudiants Xiucheng Wei et Haolei Hui ont été les premiers auteurs. Le projet, financé par un prix SunShot du département américain de l'Énergie (DOE) et la chimie durable de la National Science Foundation (NSF), Prix ​​de l'ingénierie et des matériaux—incluant les contributions de chercheurs de l'UB ; Université normale de Taiyuan, Université des sciences et technologies du Sud, Université de Xi'an Jiaotong et Académie chinoise des sciences, tout en Chine; Laboratoire national de Los Alamos ; et l'Institut polytechnique Rensselaer.

Des expériences inspirées de prédictions théoriques

BaZrS 3 appartient à une catégorie de matériaux appelés pérovskites à chalcogénure, qui ne sont pas toxiques, composés abondants sur terre.

Dans les années récentes, les théoriciens ont calculé que diverses pérovskites à chalcogénure devraient présenter des propriétés électroniques et optiques utiles, et ces prédictions ont suscité l'intérêt et l'imagination d'expérimentateurs comme Zeng.

BaZrS 3 n'est pas un matériau totalement nouveau. Zeng s'est penché sur l'histoire du complexe, et a trouvé des informations remontant aux années 1950.

"Elle existe depuis plus d'un demi-siècle, " dit-il. " Parmi les recherches antérieures, une entreprise de Niagara Falls le produisait sous forme de poudre. Je pense que les gens y ont prêté peu d'attention."

Mais des films minces, et non de la poudre, sont nécessaires pour des applications telles que le photovoltaïque et les LED, c'est donc ce que l'équipe de Zeng a entrepris de créer.

Les chercheurs ont conçu leur BaZrS 3 films en utilisant un laser pour chauffer et vaporiser l'oxyde de baryum et de zirconium. La vapeur a été déposée sur une surface de saphir, former un film, puis converti en matériau final par une réaction chimique appelée sulfuration.

« La recherche sur les semi-conducteurs a toujours été fortement axée sur les matériaux conventionnels, " dit Hui. "C'est l'occasion d'explorer quelque chose de nouveau. Les pérovskites à chalcogénure partagent certaines similitudes avec les pérovskites aux halogénures largement étudiées, mais ne souffrent pas de la toxicité et de l'instabilité de ces derniers matériaux."

"Maintenant que nous avons un film mince en BaZrS 3 , nous pouvons étudier ses propriétés fondamentales et comment il pourrait être utilisé dans les panneaux solaires, LED, capteurs optiques et autres applications, " dit Wei.