Обычно носители заряда в полупроводнике генерируются парами отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных «дырок» (по сути, «отсутствие» электронов). Для обеспечения эффективной электропроводности эти электроны и дырки необходимо разделить. Класс материалов, называемых «сегнетоэлектрики», может значительно облегчить это разделение благодаря их спонтанной «электрической поляризации» – явлению, аналогичному спонтанному намагничиванию в железе.
Однако из-за большой ширины запрещенной зоны и плохого преобразования света в электричество они видели ограниченные фотоэлектрические приложения.
В новом исследовании, опубликованном в Applied Materials and Interfaces, ученые из Кореи рассмотрели эту проблему и предложили новое решение в виде оксидов «антиперовскита», обозначенных как Ba4Pn2O, с Pn вместо мышьяка (As) или сурьмы (Sb ). Используя расчеты теории функционала плотности, ученые исследовали различные физические свойства оксидов антиперовскита и обнаружили, что они проявляют спонтанную электрическую поляризацию, что делает их сегнетоэлектрическими по своей природе. Проф. Юнгхо Канг из Инчхонского национального университета, который руководил исследованием, объясняет: в конфигурации с минимальной энергией структуры Ba4Pn2O мы обнаружили, что ионы O и ионы Ba смещены из своих исходных положений в противоположных направлениях.
Эти смещения привели к ненулевой электрической поляризации, классической сигнатуре сегнетоэлектричества."
Поскольку спонтанная поляризация способствует разделению электронно-дырочных пар, это означает, что оксиды антиперовскита могут эффективно извлекать носители заряда. Кроме того, расчеты показали, что их запрещенные зоны идеальны для эффективного поглощения солнечного света, позволяя даже очень тонкому слою Ba4Pn2O обеспечивать значительный фототок.
Столь многообещающие результаты вдохновили ученых на будущее тонкопленочных солнечных элементов. Проф.
Канг предполагает: «Наши результаты являются твердым подтверждением того, что антиперовскиты могут быть эффективными поглотителями для тонкопленочных солнечных элементов. Учитывая их универсальность, эти солнечные элементы могут иметь несколько реальных применений, даже для зарядки сотовых телефонов при наличии солнечного света. Более того, их гибкость позволяет изготавливать автономные носимые устройства, такие как умные часы."