日本科学家成功合成钙钛矿可见光吸收半导体材料

能够使用可见光的窄间隙半导体由于其多功能性而引起了人们的极大兴趣。现在，日本的科学家已经开发出了一种新型半导体材料，并对其进行了表征，该材料可用于受光激发的工艺组件中。这些发现首次提出了一种新的方法，可以减少廉价且无毒的锡基氧化物半导体的带隙，从而实现高效的光基应用。

可以利用无所不在的可见光谱用于不同技术应用的半导体将为材料世界带来福音。然而，这样的半导体往往并不便宜，而且往往可能是有毒的。现在，根据最近发表在《材料化学》上的一项研究，来自东京工业大学和九州大学的一组材料科学家合作开发了一种更便宜和无毒的窄隙半导体材料，具有潜在的 “光基 “或光功能应用。

含锡的氧化物半导体比大多数半导体材料更便宜，但它们的光功能应用受到了宽光带间隙的限制。科学家团队开发了一种基于钙钛矿半导体材料，它不含有毒的铅，并能吸收广泛的可见光（图1）。研究小组将氢离子“掺杂”或故意引入了含锡半导体材料中。这样，由于伴随氢化物离子掺杂的锡成分的化学还原，他们成功地将带隙从4eV降至2eV。

科学家们还能够通过物理化学测量确定半导体材料中关键的锡还原反应。这种还原反应导致了 “锡孤电子对 “的产生，其不同的电子状态明显有助于该材料的可见光吸收。他们还将这一理想特性归功于事先在材料中引入的氧缺陷。

为了证实所开发的半导体材料确实具有光功能，科学家们测试了该半导体材料在光电极中的适用性。他们观察到，所开发的材料在预期的600纳米范围内给出了一个明显的阳极光反应。

总的来说，这项研究在开发一种更便宜、无毒、窄光带间隙的含锡半导体材料方面实现了巨大的飞跃，可以在太阳能电池、光催化和颜料中实际应用。

由于研究人员的努力，我们可以期待在开发更多具有无数应用的新型无铅可见光吸收材料方面取得重大进展。