新技术用丰富的元素，替代稀有元素，未来更加节能！学术资讯

来源：天文物理

薄膜太阳能电池板、你手中的手机和家里的LED灯泡都是用地球上最稀有、最昂贵的一些元素制成。包括密歇根大学研究人员在内的一个国际团队已经设计出一种方法，用更便宜、更丰富的元素制造出这种光电子材料。这些化合物还可以被“调谐”，以有效地从太阳光谱中不同波长的光中获取电能，并产生我们喜欢在照明中使用颜色的波范围。只有特定种类的化合物（两种或两种以上元素的组合）才能被用来制造高效发光或集电的电子设备。

如果你还记得在小学化学课上，元素周期表上的每一列都被认为是一组元素。例如，第三类包括铟和镓等元素——这两种相对稀缺的元素目前都是光和电结合应用的基础。问题是，这些化合物中含有的元素通常只在世界各地的少数几个地方发现。领导U-M项目的物理学家罗伊克拉克(Roy Clarke)说：

事实上，我们正面临着耗尽其中一些元素的危险，因为它们不容易回收，而且供应有限，对技术而言，依赖可能在10至20年内耗尽的东西是不可行的。研究小组找到了一种方法，将列括号组中的两种常见元素组合在一起，制成一种由II、IV和v组元素组成的新型化合物。

这种II-IV- v化合物可以取代通常在具有相似性能的III- v光电材料中的稀有元素，比III- v光电材料丰富得多，而且价格便宜得多。这种由锌、锡和氮组成的新化合物既能吸收太阳能，又能吸收光，因此它可以用于薄膜太阳能电池板，也可以用于LED灯泡、手机屏幕和电视显示屏。用镁代替锌可以进一步将材料延伸到蓝光和紫外光中。

这两种化合物都是“可调的”——也就是说，当研究人员培育出两种化合物中的任何一种化合物晶体时，元素排列方式都可以使材料对特定波长的光敏感。这种可调谐性是需要的，因为它允许研究人员调整材料，以响应最广泛的波长光。这对于发光二极管尤其重要，这样器件设计者就可以选择所产生光的颜色。当你给家里或办公室照明时，你希望能够调节光线的温暖度，经常模仿自然光线，这些新的II-IV-V化合物将让我们能够做到这一点，研究人员使用一种叫做分子束外延(MBE)的技术。

在正确条件下生产所需的化合物，从而制作出原子有序度受到严格控制的薄膜。MBE将化合物的每一层原子都以一种系统方式排列起来，这样研究人员就可以在生长过程中研究薄膜结构。研究的下一阶段，将推动各种装置的设计建造，要求对这种材料族的电子响应进行详细研究，并对利用其通用性的各种纳米尺度结构进行测试。研究小组还包括来自法国洛林大学和新西兰坎特伯雷大学的成员，其研究成果发表在《物理评论快报》上。

博科园｜研究/来自：密歇根大学

参考期刊《物理评论快报》

来源：tianwenwuli 天文物理

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