::: reklama@pbprog.kz
::: editor@pbprog.kz
::: webmaster@pbprog.kz
Исследователи из Токийского института науки разработали сульфидный полупроводник шпинельного типа (Zn,Mg)Sc2S4 для оптоэлектроники
Этот материал, который ранее не рассматривался в качестве материала для оптоэлектронных устройств, является универсальным полупроводником, способным излучать свет от фиолетового до оранжевого при комнатной температуре. Что ещё более важно, его можно настроить так, чтобы он работал как полупроводник n-типа или p-типа, что делает его подходящим для устройств с гомопереходом pn для светодиодов и солнечных батарей следующего поколения.
Светодиоды, солнечные батареи и полупроводниковые лазеры работают на основе p-n-перехода, где область с большим количеством электронов n-типа встречается с областью с большим количеством дырок p-типа. На этом переходе электроны и дырки либо рекомбинируют, производя свет, как в светодиодах, либо разделяются, производя ток, как в солнечных батареях. Эффективность этих процессов зависит от самого материала. Арсенид галлия (GaAs) эффективно рекомбинирует носители заряда и излучает свет, что делает его идеальным материалом для светодиодов. Кремний отлично улавливает солнечный свет и генерирует ток, но плохо излучает свет.
Исследователи уделили особое внимание проблеме «зелёного разрыва» — давнему недостатку светодиодов, из-за которого такие материалы, как InGaN и AlGaInP, теряют эффективность в зелёной области спектра. «Наш полупроводниковый материал подходит как для зелёного излучения, так и для фотоэлектрических применений», — считают ученые, предлагая многообещающий путь для создания светодиодов и солнечных батарей нового поколения.
Нелегированный ZnSc2S4 излучал сильный оранжевый свет при комнатной температуре. Когда вместо цинка добавляли магний, цвет излучения менялся с оранжевого на зелёный и даже синий в зависимости от степени замещения. Команда также продемонстрировала, что, добавляя небольшое количество титана в место Sc3+ или немного уменьшая содержание цинка, можно перевести материал в n-тип или p-тип проводимости соответственно.
ческая гибкость позволила модулировать проводимость на девять порядков величины, от изолирующего состояния нелегированного ZnSc2С4 (2,5 × 10-11 С/ см) до полупроводниковых уровней в ZnSc1,84Ti0,16С4 (3,7 × 10-5 С / см) и Zn0,9Sc2С4 (1,8 × 10-2 С / см), что позволяет использовать его как в качестве поглощающего слоя в солнечных элементах, так и в качестве слоя зеленого излучения в светодиодах.
Сульфидный полупроводник, обнаруженный в ходе этого исследования, соответствует требованиям, предъявляемым как к высокоэффективным поглотителям света в солнечных батареях, так и к излучателям зелёного света в светодиодах, что делает его перспективным кандидатом для оптоэлектронных устройств следующего поколения