ミネソタ大学が率いる研究チームは、クラス最高の導電率を持つ新しいナノスケールの薄膜材料を発見しました。 新しい材料は、より効率的な太陽電池だけでなく、より小さく、より速く、より強力なエレクトロニクスにつながる可能性があります。
発見は自然科学のすべての分野から高品質の研究を出版するオープンアクセスジャーナルであるNature Communicationsに掲載されています。
研究者らは、この新しい材料を非常にユニークなものにすることは、導電率が高く、エレクトロニクスがより多くの電気を行い、より強力になることを助けるということです。 しかし、この材料はまた、バンドギャップが広いので、光が材料を容易に通過して光学的に透明になることを意味する。 ほとんどの場合、広いバンドギャップを有する材料は、通常、導電率が低いか、または透明性が低い。
"高い導電性と広いバンドギャップは、光を透過させる必要がある太陽電池でさえ、高出力エレクトロニクス、電子ディスプレイ、タッチスクリーン、さらには太陽電池など、幅広い種類の電子デバイスで使用できる、光学的に透明な導電膜を製造するのに理想的な材料ですこのデバイスは、ミネソタ大学の化学工学と材料科学の教授であるBharat Jalan氏と研究の主任研究者は述べています。
現在、エレクトロニクスの透明導電体のほとんどは、インジウムと呼ばれる化学元素を使用しています。 インジウムの価格は、過去数年間で著しく上昇し、現在のディスプレイ技術のコストを大幅に上回っています。 結果として、インジウムベースの透明導電体よりも優れた、またはそれより優れた代替材料を見出すために多大な努力がなされてきた。
この研究では、研究者が解決策を見出しました。 彼らは、BaSnO3薄膜（バリウム、スズおよび酸素の組み合わせ、スズ酸バリウムと呼ばれる）を成長させたが、元素状のスズ源をスズの化学前駆体に置き換えた新しい合成方法を用いて、新しい透明導電性薄膜を開発した。 スズの化学前駆体は、化学反応性を高め、金属酸化物形成プロセスを大幅に改善する独自のラジカル特性を有する。 バリウムとスズの両方がインジウムよりもかなり安価であり、豊富に入手可能である。
「この慣習的なアプローチが初めてスズ化学前駆体を初めて使用したときに、この非従来型アプローチがどれほどうまくいったかには非常に驚きました」と、この論文の最初の著者であるミネソタ大学の化学工学と材料科学の大学院生Abhinav Prakashは語った。 「大きなリスクだったが、それは私たちの大きなブレークスルーだった」
JalanとPrakashは、この新しいプロセスにより、厚さ、組成、欠陥濃度に関するこれまでにない制御を備えたこの材料を作成することができ、このプロセスは、元素が酸化しにくい他の多くの材料システムに非常に適していると述べました。 新しいプロセスも再現性と拡張性があります。
彼らはさらに、材料中の高い導電性を発見することができ、欠陥集中が改善された構造的に優れた品質であると付け加えた。 彼らは、次のステップは原子スケールで欠陥を減らすことを続けていくことであると述べた。
「この材料は同じ材料クラスの中で最高の導電性を持っていますが、欠陥を減らすと新しい物理を発見する可能性があることに加えて、改善の余地があります。
