Die Materialchemie ist ein sich schnell entwickelndes Forschungsgebiet mit Tausenden von verschiedenen Halbleitern und ständig werden mehr Materialien hinzugefügt. Welches Material aus dieser Vielfalt wäre zum Beispiel für die Anwendung in Solarbatterien am besten geeignet? Wie soll ein solches Material aussehen, wenn es noch nicht synthetisiert wurde?
Dazu hat Dr. Aleksandr Savateev Forschungsdaten zum Thema Aufladung von Materialien durch Licht analysiert und deren Ergebnisse zusammengestellt: „Wissenschaftler generieren enorme Datenmengen. Innerhalb eines einzigen Forschungsartikels werden die Daten analysiert, Trends abgeleitet und erläutert. Eine umfassende Analyse von Daten aus jahrzehntelanger Forschung, selbst aus einem Fachgebiet, ist jedoch sehr selten und verzögert letztlich die Umsetzung technologischer Entwicklungen – und hier kommt die Datenbank ins Spiel“, erklärt Dr. Savateev.
Vor 40 Jahren wurde ein physikalisches Phänomen beobachtet und untersucht, das es ermöglichen könnte, einen leichten Harvester und eine Batterie in einem Gerät zu vereinen. Solarparks erzeugen erneuerbaren Strom, aber Solarmodule können ihn noch nicht speichern. Verschiedene Halbleitermaterialien, darunter solche, die aus reichlich vorhandenen Elementen wie Kohlenstoff und Stickstoff bestehen, werden bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht photogeladen.
Ähnlich wie eine elektrische Batterie bleibt ein Halbleiter im Dunkeln stunden- und sogar tagelang geladen, und die in einem photogeladenen Halbleiter gespeicherte Energie kann bei Bedarf für verschiedene Zwecke verwendet werden: „Die Datenbank könnte helfen, die richtigen Halbleiter viel schneller zu finden“, sagt Savateev sagt.
Durch Licht aufladbare Halbleiter können nicht nur verwendet werden, um Sonnenlicht zum Aufladen von Smartphones umzuwandeln, Forschungslabors auf der ganzen Welt verwenden diese Materialien anstelle von seltenen Elementen und teuren Reagenzien, um wertvolle organische Verbindungen zu erhalten.
Organische Chemiker und Materialwissenschaftler können die Online-Datenbank zu photogeladenen Materialien für ihre Forschung nutzen, um das am besten geeignete Halbleitermaterial auszuwählen. Verschiedene Filter können angewendet werden, um die gewünschten Datenpunkte nach einem bestimmten Kriterium hervorzuheben.
Aus den in der Datenbank zusammengestellten Eigenschaften lassen sich bereits gewisse Trends zwischen der Struktur von Halbleitermaterialien und ihrer Fähigkeit zur Photoaufladung ableiten. Diese Abhängigkeiten sind im Open-Access-Artikel verfügbar, der in veröffentlicht wurde Fortschrittliche Energiematerialien.
Über die Datenbank
Die Übersicht fasst experimentelle Daten zusammen und quantifiziert sie, die über 40 Jahre Forschung gesammelt wurden. Die maximale spezifische Konzentration der in 1 g eines Halbleiters gespeicherten Elektronen, die maximale durchschnittliche Anzahl der pro Halbleiterpartikel gespeicherten Elektronen, die anfängliche Photoladungsrate und die anfängliche Entladungsrate werden für sechs Klassen von Halbleitermaterialien berechnet: Ti, Zn, Cd, In , W-basierte und graphitische Kohlenstoffnitride.
Die Abhängigkeit dieser Parameter von der spezifischen Oberfläche des Materials, dem Partikelvolumen und anderen Eigenschaften wird analysiert und Trends abgeleitet.
Eine öffentliche Datenbank mit photogeladenen Materialien wurde erstellt, um das Design von Hochleistungsmaterialien mit Photoladungsfunktion, ihre Anwendung als wiederaufladbare Reduktionsmittel in der organischen Synthese und die Entwicklung von Geräten zu erleichtern.
Oleksandr Savateev, Photoladung von Halbleitermaterialien: Datenbank, quantitative Datenanalyse und Anwendung in der organischen Synthese, Fortschrittliche Energiematerialien (2022). DOI: 10.1002/aenm.202200352
Bereitgestellt vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung