Uma equipe de pesquisa do Instituto de Tecnologia de Tóquio mostrou que o nitreto de cobre atua como um semicondutor do tipo n, com condução tipo p fornecida por dopagem com flúor, utilizando uma técnica única de nitretação aplicável para produção em massa e uma busca computacional para elementos de dopagem apropriados, bem como microscopia resolvida atomicamente e análise de estrutura eletrônica usando radiação síncrotron. Esses semicondutores de nitreto de cobre tipo n e tipo p poderiam substituir potencialmente os materiais tóxicos ou raros convencionais em células fotovoltaicas.

Os fotovoltaicos de filme fino têm eficiência equivalente e podem reduzir o custo dos materiais em comparação com os painéis solares de silício dominantes no mercado. Utilizando o efeito fotovoltaico, finas camadas de materiais específicos do tipo p e do tipo n são colocadas juntas para produzir eletricidade a partir da luz solar. A tecnologia promete um futuro melhor para a energia solar, permitindo rotas de fabricação escaláveis ​​e de baixo custo em comparação com a tecnologia de silício cristalino, embora materiais tóxicos e raros sejam usados ​​em células solares de película fina comercializadas. Uma equipe do Instituto de Tecnologia de Tóquio desafiou a encontrar um novo material candidato para a produção de produtos mais limpos, fotovoltaicos de filme fino mais baratos.

Eles se concentraram em um composto binário simples, nitreto de cobre que é composto de elementos ecológicos. Contudo, cultivar um cristal de nitreto em uma forma de alta qualidade é um desafio, pois a história nos diz para desenvolver LEDs azuis de nitreto de gálio. Matsuzaki e seus colegas de trabalho superaram a dificuldade introduzindo uma nova rota de reação catalítica usando amônia e gás oxidante. Este composto, retratado através da fotografia na figura (a), é um condutor do tipo n com excesso de elétrons. Por outro lado, inserindo o elemento de flúor no espaço aberto do cristal, eles encontraram este composto tipo n transformado em tipo p, conforme previsto por cálculos teóricos e diretamente comprovado por microscopia resolvida atomicamente nas figuras (b) e (c), respectivamente.

Todos os fotovoltaicos de filme fino existentes requerem um parceiro tipo p ou tipo n em sua composição de uma estrutura de sanduíche, exigindo enormes esforços para encontrar a melhor combinação. A condução do tipo P e do tipo n no mesmo material desenvolvido por Matsuzaki e seus colegas de trabalho é benéfica para projetar uma estrutura de célula solar altamente eficiente sem tais esforços. Este material não é tóxico, abundante, e, portanto, potencialmente baratos - substitutos ideais para células solares de película fina de telureto de cádmio e disseleneto de cobre, índio e gálio. Com o desenvolvimento desses semicondutores tipo p e tipo n, em uma técnica de formação escalonável usando elementos simples, seguros e abundantes, as qualidades positivas trarão ainda mais a tecnologia de filme fino para a luz.