多么共同的元素可以使未来更加节能

薄膜太阳能电池板,手中的手机和照亮家庭的LED灯泡都是使用地球上最稀有,最昂贵的元素制成的。包括密歇根大学研究人员在内的一个国际团队已经设计出一种方法,可以用更便宜,更丰富的元素制造这些光电子材料。这些化合物也可以“调整”以有效地从太阳光谱中的不同波长的光中收集电能,并产生我们喜欢在照明中使用的颜色范围。

只有特定种类的化合物 - 两种或多种元素的组合 - 可用于制造有效发光或聚电的电子器件。如果你回忆起小学的化学课程,周期表上的每一栏都被认为是一组要素。

例如,第III组包括诸如铟和镓之类的元素 - 这两种相对稀缺的元素目前仍然是光和电结合的应用的基础。问题是,这些化合物通常涉及仅在世界上几个地方发现的元素。

“事实上,我们面临着一些元素耗尽的危险,因为它们不易回收,而且供应有限,”领导UM工作的物理学家Roy Clarke说。“技术依赖于可能在10到20年内耗尽的东西是不可行的。”

研究小组找到了一种方法,将两个共同元素从第三组包围组合成一个由II,IV和V族元素组成的新化合物。这种II-IV-V化合物可用于代替通常发现的稀有元素在具有类似特性的III-V光电材料中 - 除了更丰富和更便宜之外。

锌,锡和氮的新化合物可以收获太阳能和光能,因此它可用于薄膜太阳能电池板以及LED灯泡,手机屏幕和电视显示器。

使用镁代替锌进一步将材料的范围扩展到蓝色和紫外光。这两种化合物也是“可调的” - 也就是说,当研究人员生长任何一种化合物的晶体时,这些元素的排序方式应使材料对特定波长的光敏感。

这种可调性是理想的,因为它允许研究人员调整材料以响应最广泛的光波长范围。这对于发光二极管尤为重要,因此设备设计人员可以选择所产生的光的颜色。

“当你照亮家庭或办公室时,你希望能够调节光线的温暖,通常模仿自然阳光,”克拉克说。“这些新的II-IV-V化合物将使我们能够做到这一点。”

研究生Robert Makin,Krystal York和James Mathis在西密歇根大学电子和计算机工程教授Steve Durbin的实验室里制作了薄膜。

马金刚刚获得博士学位。来自WMU并且是该研究的主要作者,使用一种称为分子束外延(MBE)的技术在正确的条件下生产所需的化合物,以制造具有精确控制的原子有序度的薄膜。

MBE以系统的方式排列化合物的每个原子层,因此研究人员可以在生长它时研究薄层或薄膜结构。下一阶段的研究,导致各种设备设计的构建,需要详细研究这个材料系列的电子响应和各种纳米级架构的测试,利用它们的多功能性。

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