半導(dǎo)體材料比以前認(rèn)為的更多地受到缺陷的影響

一個(gè)有前途的半導(dǎo)體材料可以，如果以前認(rèn)為的缺陷無關(guān)性能的下降，根據(jù)今天出版的研究來提高自然傳播。倫斯勒理工學(xué)院和其他大學(xué)的一組研究人員表明，一個(gè)特定的缺陷會(huì)影響鹵素鈣鈦礦以電子形式保持光能的能力。

“缺陷在半導(dǎo)體中可能有好有壞，”材料科學(xué)工程副教授Jian Shi說。“出于某種原因，人們沒有注意到鹵化鈣鈦礦中的位錯(cuò)，但我們已經(jīng)證明這種缺陷是鹵化鈣鈦礦中存在的問題。”

在十年的過程中，對(duì)鹵化鈣鈦礦的研究迅速提高了材料的效率，從大約3%的光轉(zhuǎn)換為電能到25% - 相當(dāng)于最先進(jìn)的硅太陽能電池。幾十年來，研究人員一直在與硅進(jìn)行斗爭，以達(dá)到該材料目前的效率水平。

鹵化鈣鈦礦還具有有希望的載流子動(dòng)力學(xué)，其大致定義為由材料吸收的光能以激發(fā)電子的形式保留的時(shí)間長度。為了使太陽能轉(zhuǎn)換具有良好前景，材料中的電子必須保持足夠長的能量，以便通過附著在材料上的電極來收獲，從而完成光轉(zhuǎn)換為電能。

這種材料長期以來被認(rèn)為是“缺陷耐受性”，意味著缺失原子，晶體晶粒之間的劣質(zhì)鍵以及稱為晶體錯(cuò)位的不匹配等缺陷不被認(rèn)為對(duì)效率有太大影響。最近的研究質(zhì)疑了這一假設(shè)，發(fā)現(xiàn)一些缺陷會(huì)影響晶體的性能。

Shi的團(tuán)隊(duì)通過在兩種不同的基底上生長晶體來測試晶體位錯(cuò)的缺陷是否會(huì)影響載流子動(dòng)力學(xué)。當(dāng)一種基底沉積時(shí)，一種基底與鹵化鈣鈦礦具有強(qiáng)烈的相互作用，產(chǎn)生更高密度的位錯(cuò)。另一個(gè)具有較弱的相互作用并產(chǎn)生較低的位錯(cuò)密度。

結(jié)果表明，位錯(cuò)對(duì)鹵化鈣鈦礦的載流子動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生負(fù)面影響。發(fā)現(xiàn)將位錯(cuò)密度降低一個(gè)數(shù)量級(jí)以導(dǎo)致電子壽命增加四倍。

“結(jié)論是，鹵化鈣鈦礦具有與傳統(tǒng)半導(dǎo)體類似的位錯(cuò)效應(yīng)，”Shi說。“我們需要注意鹵化鈣鈦礦中的位錯(cuò)，這是人們?cè)谘芯窟@種材料時(shí)忽略的一個(gè)因素。”

施氏在鹵化鈣鈦礦最后顯著工作揭示的壓力在這個(gè)半導(dǎo)體的作用光學(xué)性質(zhì) 發(fā)表在科學(xué)進(jìn)展 2018年。

在Rensselaer，Shi與材料科學(xué)與工程系和物理系，應(yīng)用物理學(xué)和天文學(xué)系的研究人員一起參加了研究。來自昆明理工大學(xué)，清華大學(xué)，北京科技大學(xué)，F(xiàn)orschungszentrum Julich和布朗大學(xué)的研究人員也為這項(xiàng)研究做出了貢獻(xiàn)。