A amostra em pó é insolúvel, portanto, a fabricação de dispositivos usando processos úmidos não é possível. Crédito:Universidade de Osaka
O desenvolvimento de materiais adequados para uso em dispositivos optoeletrônicos é atualmente uma área de pesquisa muito ativa. A busca por materiais para uso em elementos de conversão fotoelétricos deve ser realizada em paralelo com o desenvolvimento do processo de formação de filme ideal para cada material, e isso pode levar alguns anos para apenas um material. Até agora, houve uma troca, balanceamento de propriedades eletrônicas e morfologia do material. Pesquisadores da Universidade de Osaka desenvolveram um processo de duas etapas que pode produzir materiais com boas propriedades morfológicas, além de excelente desempenho do fotorresistor. Suas descobertas foram publicadas no Journal of Physical Chemistry Letters .
Sulfeto de bismuto, Bi 2 S 3 , pertence a uma classe de materiais conhecida como calcogenetos metálicos, que mostram uma promessa significativa devido às suas propriedades ópticas e eletrônicas. Contudo, o desempenho de Bi 2 S 3 dispositivos fotorresponsivos à base de dados dependem do método usado para processar o filme, e muitas das abordagens relatadas são prejudicadas pela baixa cristalinidade do filme. Mesmo quando a alta cristalinidade é alcançada, a natureza dos grãos pode ter um efeito negativo no desempenho, portanto, filmes com baixa rugosidade superficial e grande tamanho de grão são desejáveis.
"Pesquisamos mais de 200 materiais usando um único, método de triagem de ultra alta velocidade que pode avaliar o desempenho, mesmo quando apenas amostras em pó estão disponíveis, "diz o autor correspondente do estudo, Akinori Saeki." Descobrimos que o sulfeto de bismuto, que é barato e menos tóxico do que os materiais convencionais de células solares inorgânicas, pode ser processado de uma forma que não comprometa suas excelentes propriedades fotoelétricas. "
A técnica usada produz um filme em camadas 2-D em duas etapas de tratamento; revestimento por rotação de solução seguido de cristalização. O desempenho da foto-resposta do filme resultante mostrou melhorias de 6 a 100 vezes em comparação com os filmes preparados usando outros métodos de processamento. Devido à natureza não tóxica e abundante de bismuto e enxofre, espera-se que as descobertas influenciem o desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos comerciais, incluindo células solares.
a:O processo desenvolvido consiste na 1ª etapa (spin-coating e recozimento térmico) e 2ª etapa (sulfurização e cristalização). b:Fotografia de uma película fina de sulfeto de bismuto. c:Imagem do microscópio de força atômica de um filme de sulfeto de bismuto preparado usando o processo relatado. As cores escuras / brilhantes representam a altura da superfície do filme. d:Imagem de microscópio de força atômica de um filme de sulfeto de bismuto preparado usando um processo convencional (revestimento por rotação de nanopartículas). Crédito:Universidade de Osaka
"Demonstramos uma técnica de processamento fácil que não compromete o desempenho do material, "O autor principal, Ryosuke Nishikubo, diz." Acreditamos que os semicondutores à base de bismuto processáveis em solução são alternativas viáveis às células solares inorgânicas disponíveis comercialmente e prometem amplo uso futuro. O fato de não serem tóxicos também os diferencia de outros materiais optoeletrônicos alternativos, como as perovskitas de haleto de chumbo. "
O processamento de materiais para aplicações de dispositivos sem comprometer suas propriedades eletrônicas é importante para tornar os materiais comercialmente relevantes. O processo relatado foi usado para preparar com sucesso outros semicondutores de sulfeto de metal, como sulfeto de chumbo, demonstrando a versatilidade da abordagem.
a:A estrutura do dispositivo. b:As relações on-off (a relação de condutividade com / sem pseudo-luz solar) dos dispositivos fotorresistores. Quanto maior a relação liga-desliga, melhor será o desempenho do fotorresistor. Crédito:Universidade de Osaka
