オプトエレクトロニクス材料の技術的進歩は、より安価でより効率的なエネルギーをもたらす可能性があります

クレムソン大学の研究者は、光学物理実験でレーザー分光法を使用することにより、電子デバイスを駆動するためのより高速で安価なエネルギーにつながる可能性のある新しいブレークスルーを実現しました。 溶液処理された過酸化物を使用するこの新しい方法は、太陽電池、LED、スマートフォン、コンピューターチップ用の光検出器などのさまざまな日常のオブジェクトに革命を起こすことを目的としています。

溶液処理過酸化物は、屋根のソーラーパネル、医療診断用のX線検出器、日常照明用のLEDに使用できる次世代の材料です。

研究チームには、理学部物理天文学科の量子デバイス超高速光学物理学（UPQD）グループのリーダーであるGaoJianboが指導する大学院生と学部生のペアが含まれています。

この共同研究は、3月12日に影響力の大きいジャーナルNatureCommunicationsに掲載されました。この記事のタイトルは、「超高速時間と超高エネルギー分解能での有機金属ハロゲン化物過酸化物膜にトラップされたキャリアのその場観察」です。

「過酸化物材料は、太陽電池やLEDなどの光学用途向けに設計されています」と、研究論文の筆頭著者である大学院生のKobbekaduwa氏は述べています。 「現在のシリコンベースの太陽電池に比べて合成がはるかに簡単であるため、重要です。これは溶液処理によって行うことができます。シリコンでは、さまざまな方法が必要であり、費用と時間がかかります。」

この研究の目標は、より効率的で、より安価で、より簡単に製造できる材料を製造することです。

Gaoのチームが使用した独自の方法：トラップされたキャリアの物理的特性を決定するために、ほとんどの方法よりも高い時間分解能を持つことができる超高速光電流分光法。この分野では、ピコ秒単位のデータの測定が頻繁に行われます。つまり、1兆分の1秒です。

「私たちはこの（過酸化物）材料を使用して機器を製造し、レーザーを使用してそれを照射し、材料内の電子を励起します」とコベカドゥワ氏は述べています。 「次に、外部電界を使用して光電流を生成します。光電流を測定することで、実際にこの材料の特性を人々に伝えることができます。この場合、材料の欠陥である崩壊状態を定義しました。これは影響します。私たちが得る電流。」

物理的特性が定義されると、研究者は欠陥を特定できます。これは、最終的には材料の非効率性の原因です。欠陥が減少または不動態化されると、効率を向上させることができます。これは、太陽電池やその他のデバイスに不可欠です。

材料はスピンコーティングやインクジェット印刷などの溶液プロセスで製造されるため、欠陥が発生する可能性が高くなります。低温プロセスは、純粋な材料を製造する超高温法よりも安価です。しかし、価格は材料のより多くの欠陥です。これら2つのテクノロジーのバランスは、低コストでより高品質でより効果的な機器を意味します。

基板サンプルは、信号がその中でどのように伝播するかを決定するために、材料にレーザー光を放射することによってテストされます。レーザーを使用してサンプルを照射し、電流を収集することで、この作業が可能になり、電界を使用しない他の実験とは異なります。

「UPQDチームのAdhikari氏は、次のように述べています。「この電流を分析することで、電子がどのように移動し、欠陥からどのように放出されるかを確認できます。 「これは、私たちの技術が超高速のタイムスケールと電界下のその場装置を含むために可能です。電子が欠陥に落ちると、他の技術を使って実験する人はそれを取り出すことができません。しかし、私たちはそれを取り出すことができます。出てください。なぜなら、私たちには電場があるからです。電子は電場の下に電荷を持っており、ある場所から別の場所に移動することができます。材料内のある場所から別の場所への移動を分析できます。」

このトランスミッションの影響と材料の欠陥は、これらの材料とそれらが使用する機器の性能に影響を与えます。これはすべて、インストラクターの指導の下で学生が行った重要な発見の一部であり、作成された進歩は次の大きなブレークスルーにつながります。