De nouveaux alliages clé de l'efficacité énergétique et l'éclairage

Une avancée récente des chercheurs de l’Arizona State University dans les nanofils en développement pourrait conduire à des cellules photovoltaïques plus efficaces pour produire de l'énergie, et de meilleures les LED qui vont remplacer les ampoules à incandescence moins économes en énergie. Les ingénieurs électriciens Cun-Zheng Ning et Alian Pan travaillent à améliorer les alliages quaternaires de nanofils semi-conducteurs.

Les alliages quaternaires sont constitués de semi-conducteurs avec quatre éléments, souvent réalisées en un alliage de deux ou plusieurs semi-conducteurs. Les semi-conducteurs sont la base matérielle pour des technologies telles que les cellules LED à haut rendement pour l'éclairage.

Un des paramètres les plus critiques de semi-conducteurs qui déterminent la faisabilité de ces technologies est la bande interdite. La bande interdite d'un semi-conducteur détermine, par exemple, si une longueur d'onde donnée de la lumière du soleil est absorbée ou pas, ou modifiés par les semi-conducteurs dans une cellule solaire. Cette zone détermine également quelle couleur de lumière qu'une LED émet.

« Dans les applications d'éclairage LED, selon Ning, professeur à l'École de génie électrique, informatique et de l'énergie, les écarts de bande plus accessible signifie plus de couleurs émissent, offrant plus de flexibilité dans l'ingénierie de couleur ou de rendu des couleurs de lumière. » Par exemple, des proportions différentes de couleurs rouge, vert et bleu se mélangent avec les différentes couleurs: blanc. Plus de flexibilité permettrait de couleur blanche pour être ajustée en fonction de différentes situations ou les préférences individuelles.

De même, dit Ning, la détection de couleurs différentes nécessite des semi-conducteurs des bandes différentes. Ainsi, toutes ces applications d'éclairage peut être améliorée en ayant des semi-conducteurs avec un large éventail de bandes. Les chercheurs disent que l'obstacle est que chaque semi-conducteurs d'origine humaine ou naturelle n'a qu'une largeur de bande spécifique. Une façon standard pour élargir l'éventail des lacunes bande est à l'alliage de deux ou plusieurs conducteurs. En ajustant la proportion relative des deux semi-conducteurs dans un alliage, il est possible de développer des écarts entre ces nouveaux groupes des deux semi-conducteurs. Mais l'accomplissement de ce qui exige une condition appelée treillis correspondant constante, ce qui nécessite des similitudes intra-atomiques entre deux semi-conducteurs à être cultivés ensemble.

«C'est pourquoi nous ne pouvons pas pousser les alliages de compositions arbitraires pour obtenir des bandes interdites arbitraire", dit Ning. «Ce manque de bandes disponibles est l'une des raisons actuelles d'efficacité faible de cellules solaires, et pourquoi nous n'avons pas de LED de couleurs d'éclairage qui peut être ajustée pour différentes situations." Dans les récentes tentatives de nanofils semi-conducteurs avec "presque" des bandes arbitraires, l'équipe de recherche dirigée par Ning et Pan, un professeur assistant de recherche, ont utilisé une nouvelle approche pour produire un éventail extrêmement large de bandes.

Ils ont allié deux semi-conducteurs, le sulfure de zinc (ZnS) et le séléniure de cadmium (CdSe) pour produire les semi-conducteurs ZnCdSSe en alliage quaternaires, ce qui produit une variation continue des compositions d'éléments sur un seul substrat (un matériau sur lequel un circuit est formé ou fabriqués). Ning dit c'est la première fois un semi-conducteur quaternaire a été produit sous la forme d'un nanofil ou nanoparticules. En contrôlant la variation spatiale des différents éléments et la température d'un substrat (appelée la méthode à double pente), l'équipe a produit des émissions de lumière qui variait de 350 à 720 nanomètres sur un seul substrat de quelques centimètres en taille. La propagation de couleur à travers le substrat peut être contrôlé dans une large mesure, et Ning dit qu'il croit que cette méthode à double gradient peut être appliquée plus généralement pour produire des semi-conducteurs en alliage d'autres ou d'élargir la gamme de largeur de bande de ces alliages. Afin d'explorer l'utilisation de matériaux alliage quaternaire de fabrication de cellules photovoltaïques plus efficaces, son équipe a développé un latéral multicellulaire de conception combinée avec un concentrateur dispersif.