Geordend halfgeleidermateriaal bij kamertemperatuur

Wetenschappers van de Universiteit Twente hebben een manier ontwikkeld om zeer geordend halfgeleidermateriaal bij kamertemperatuur te maken. Dit UT-onderzoek is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Synthesis. Deze doorbraak zou de opto-elektronica efficiënter kunnen maken door de kristalstructuur te controleren en het aantal defecten op nanoschaal te verminderen.

Foto: University of Twente

Het team concentreerde zich op een materiaal genaamd metaalhalogenide-perovskieten, bekend om zijn vermogen om zonlicht efficiënt te absorberen en het gebruik in apparaten zoals LED’s, halfgeleiders en zonnecellen. Het was een uitdaging om deze materialen met één enkele oriëntatie (of met andere woorden met sterk geordende korrels) te maken. Tot op heden is dit vooral gebruikt in de polykristalvorm: een niet-geordende manier. Dit maakt het lastig om het materiaal te gebruiken in toepassingen zoals leds. Daarvoor is een hoge orde en een lage dichtheid van defecten nodig. Om die sterk geordende halfgeleiders te maken heb je hoge verwerkingstemperaturen nodig. Maar in dit nieuwe proces werkten de UT-onderzoekers op kamertemperatuur en bouwden ze het materiaal laag voor laag op met behulp van een gepulseerde laser.

Juiste structuur

“Halogenide-perovskieten zijn al opmerkelijke halfgeleiders en worden bijvoorbeeld gebruikt in zonnecellen”, zegt Junia Solomon Sathiaraj, promovenda bij de onderzoeksgroep Inorganic Material Science. “Maar meestal hebben we weinig controle over hoe het materiaal precies groeit”, legt ze uit. Dit betekent dat de moleculen in de materialen veel verschillende oriëntaties en structuren hebben. “In principe verbetert ook de efficiëntie van het materiaal als we de kwaliteit ervan verhogen.”

“Het draait allemaal om het krijgen van de juiste structuur”, zegt Monica Morales-Masis (die het werk leidt in het kader van het ERC StG CREATE-project). Een perfect geordende structuur in het materiaal is essentieel voor het creëren van apparaten die efficiënt en betrouwbaar zijn. Het resulterende materiaal is meer dan driehonderd dagen stabiel en heeft grote potentie voor toepassingen zoals zonnepanelen en geavanceerde elektronica. Deze innovatie helpt ons niet alleen bij het creëren van groenere, kosteneffectievere technologieën, maar maakt ook de weg vrij voor nieuwe wetenschappelijke ontdekkingen in materiaalonderzoek.

SolarNL

Dit onderzoek benadrukt de kracht van interdisciplinaire samenwerking, met bijdragen van synthese, theorie en geavanceerde karakterisering. De synthese en het experimentele kernwerk werden uitgevoerd aan de Universiteit Twente (UT), met theoretische inzichten van prof. dr. Linn Leppert en haar team aan de UT. Geavanceerde karakterisering werd uitgevoerd in samenwerking met instellingen als AMOLF en de Universiteit van Oxford.Dit werk wordt gefinancierd door het ERC StG CREATE project en de resultaten zullen worden toegepast in een vervolgproject binnen SolarNL, een Nationaal Groeifonds programma voor de grootschalige productie van zonnecellen en zonnepanelen in Nederland.

Geef een reactie

Je e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *