多么共同的元素可以使未來更加節(jié)能

薄膜太陽能電池板，手中的手機和照亮家庭的LED燈泡都是使用地球上最稀有，最昂貴的元素制成的。包括密歇根大學(xué)研究人員在內(nèi)的一個國際團隊已經(jīng)設(shè)計出一種方法，可以用更便宜，更豐富的元素制造這些光電子材料。這些化合物也可以“調(diào)整”以有效地從太陽光譜中的不同波長的光中收集電能，并產(chǎn)生我們喜歡在照明中使用的顏色范圍。

只有特定種類的化合物 - 兩種或多種元素的組合 - 可用于制造有效發(fā)光或聚電的電子器件。如果你回憶起小學(xué)的化學(xué)課程，周期表上的每一欄都被認(rèn)為是一組要素。

例如，第III組包括諸如銦和鎵之類的元素 - 這兩種相對稀缺的元素目前仍然是光和電結(jié)合的應(yīng)用的基礎(chǔ)。問題是，這些化合物通常涉及僅在世界上幾個地方發(fā)現(xiàn)的元素。

“事實上，我們面臨著一些元素耗盡的危險，因為它們不易回收，而且供應(yīng)有限，”領(lǐng)導(dǎo)UM工作的物理學(xué)家Roy Clarke說。“技術(shù)依賴于可能在10到20年內(nèi)耗盡的東西是不可行的。”

研究小組找到了一種方法，將兩個共同元素從第三組包圍組合成一個由II，IV和V族元素組成的新化合物。這種II-IV-V化合物可用于代替通常發(fā)現(xiàn)的稀有元素在具有類似特性的III-V光電材料中 - 除了更豐富和更便宜之外。

鋅，錫和氮的新化合物可以收獲太陽能和光能，因此它可用于薄膜太陽能電池板以及LED燈泡，手機屏幕和電視顯示器。

使用鎂代替鋅進一步將材料的范圍擴展到藍(lán)色和紫外光。這兩種化合物也是“可調(diào)的” - 也就是說，當(dāng)研究人員生長任何一種化合物的晶體時，這些元素的排序方式應(yīng)使材料對特定波長的光敏感。

這種可調(diào)性是理想的，因為它允許研究人員調(diào)整材料以響應(yīng)最廣泛的光波長范圍。這對于發(fā)光二極管尤為重要，因此設(shè)備設(shè)計人員可以選擇所產(chǎn)生的光的顏色。

“當(dāng)你照亮家庭或辦公室時，你希望能夠調(diào)節(jié)光線的溫暖，通常模仿自然陽光，”克拉克說。“這些新的II-IV-V化合物將使我們能夠做到這一點。”

研究生Robert Makin，Krystal York和James Mathis在西密歇根大學(xué)電子和計算機工程教授Steve Durbin的實驗室里制作了薄膜。

馬金剛剛獲得博士學(xué)位。來自WMU并且是該研究的主要作者，使用一種稱為分子束外延(MBE)的技術(shù)在正確的條件下生產(chǎn)所需的化合物，以制造具有精確控制的原子有序度的薄膜。

MBE以系統(tǒng)的方式排列化合物的每個原子層，因此研究人員可以在生長它時研究薄層或薄膜結(jié)構(gòu)。下一階段的研究，導(dǎo)致各種設(shè)備設(shè)計的構(gòu)建，需要詳細(xì)研究這個材料系列的電子響應(yīng)和各種納米級架構(gòu)的測試，利用它們的多功能性。