Päikesevalguse energia rakendamine võib olla niisama lihtne kui metalloksiidide optiliste ja elektrooniliste omaduste häälestamine aatomi tasemel, valmistades kunstliku kristalli või „supervõre-võileiva“. Seda väidab Binghamtoni Ülikooli uurija teadusajakirjas Physical Review B avaldatud uurimustöös.
„Metalloksiidid on odavad, neid leidub külluslikult ning nad on „rohelised“,“ sõnas Binghamtoni Ülikooli füüsik Louis Piper. „Nagu näitas uurimustöö, on metalloksiidid ka üsna mitmekülgsed. Õigesti käsitledes võib metalloksiide kohandada igasuguste vajaduste rahuldamiseks. See on hea uudis tehnoloogiliste rakenduste jaoks, täpsemalt energiatootmise ja lameekraanide arendamisel, kirjutab Phys.org.
Binghamtoni Ülikooli füüsik Louis Piper kasutab päikesekiirgust metalloksiidide optiliste ja elektrooniliste omaduste rakendamiseks. Pilt: Jonathan Cohen/Binghamtoni Ülikool
Pooljuhid on oluline klass materjale, mis jäävad metallide ja isolaatorite vahele. Neid defineeritakse nende energiabarjääri suuruse järgi. See on energia hulk, mis on vajalik hõivatud elektronnivool asuva elektroni ergastamiseks vable tasemel, kus see saab elektrovoolu juhtida. Nähtav valgus hõlmab ulatuse 1-st (infrapuna) 3 (ultraviolett) elektronvoldini. Läbipaistvate elektrijuhtide jaoks on tarvis suurt energiabarjääri; samas on kunstliku fotosünteesi jaoks vaja rohelisele valgusele vastavat energiabarjääri. Metalloksiidide abil on võimalik seda energiabarjääri kohandada.
Ehkki metalloksiidid on väga tõhusad elektronjuhtid, on nad kehvad „aukude“-juhid. Augud viitavad elektronide puudumisele ning need võivad juhtida positiivset laengut. Nende tehnoloogilise potentsiaali suurendamiseks, eriti kunstliku fotosünteesi ja läbipaistva elektroonika rakenduste jaoks, on vajalik kasutada auk-juhtivaid metalloksiide.
Seda teades hakkas Piper uurima kihilisi metalloksiidide süsteeme, mida saab kombineerida kas valitult „dopingut kasutama“ (asendama väikest hulka üht tüüpi aatomeid aines) või „häälestama“ (kontrollima sagedusvahemiku suurust). Hiljutine uurimustöö näitas, et kahest auk-juhtivast vaskoksiidist ülivõre võiks katta terve päikesekiirgusspektri ulatuse. Siinjuures on eesmärgiks parendada töösooritust, kasutades keskkonnale healoomulisi ja soodsaid metalli alternatiive.
Näiteks on üheks enimkasutatavaks metalloksiidiks lameekraanide ja päikesepatareide tootmises indiumoksiid. See juhib elektronide voolu ülihästi ning on läbipaistev. Kahjuks on indiumoksiid ka haruldane ja väga kallis. Piperi käesoleva uurimustöö eesmärgiks on kasutada palju odavama tinaoksiidi kihte optilise läbipaistvusega elektroni- ja aukjuhtivuse saamiseks. Piperi sõnul näitab tema uurimustöö aga seda, et üks „kinnas“ ei sobi kõikide eesmärkide täitmiseks.
„Nüüd tuleb teha tõsist detektiivitööd,“ sõnas Piper. „Me töötame maailmas, kus füüsika ja keemia kattuvad. Oleme jõudnud oma arvutuste ja põhiliste protsesside teoreetilise piirini. Meil tuleb nüüd need arvutused üle vaadata ja välja otsida kohad, kus on midagi puudu. Usun, et me leiame need puuduvad osad metalloksiididega katsetades.“
Piper on veendunud, et metalloksiidide „heade osade“ võimendamisega ja puudujääkide tähtsuse vähendamisega on võimalik välja arendada uusi ja põnevaid metalloksiidide tüüpe, mida saab vormida kindlate rakenduste tarbeks.
„Siin mõtlem patareide, kütuseelementide, puuteekraani tehnoloogia ja arvuti lülituste parendamisest,“ väitis Piper. „Oleme väga olulise kullapalaviku keskel ja on väga põnev olla osa sellest võidujooksust rikkuse poole. Esmalt peame aga välja nuputama, mida me ei tea, enne kui saame teada, mida me tegelikult teame. Üks asi on aga kindel: metalloksiididel on siin võtmetähtsus. Ma usun, et siin Binghamtoni Ülikoolis saame anda oma panuse nendele jõupingutustele, tehes head teadust moraalselt teadliku lähenemisega.“
Teadusartikkel: „Role of lone pair electrons in determining the optoelectronic properties of BiCuOSe“
Leave a Reply