¿Sabía que los cristales forman la base del penetrante resplandor azul helado de los faros de los automóviles y podrían ser fundamentales para el futuro de la tecnología de energía solar?

Los cristales están en el corazón de los diodos. No del tipo que podrías encontrar en el cuarzo, formado naturalmente, pero fabricado para formar aleaciones, tales como nitruro de galio indio o InGaN. Esta aleación forma la región emisora ​​de luz de los LED, para iluminación en el rango visible, y de diodos láser (LD) en el rango azul-UV.

Investigación para hacer mejores cristales, con alta calidad cristalina, eficiencia de emisión de luz y luminosidad, También está en el centro de los estudios que están realizando en la Universidad Estatal de Arizona el científico investigador Alec Fischer y el candidato a doctorado Yong Wei en el grupo del profesor Fernando Ponce en el Departamento de Física.

En un artículo publicado recientemente en la revista Letras de física aplicada , el grupo ASU, en colaboración con un equipo científico dirigido por el profesor Alan Doolittle en el Instituto de Tecnología de Georgia, acaba de revelar el aspecto fundamental de un nuevo enfoque para el cultivo de cristales de InGaN para diodos, que promete mover la tecnología de células solares fotovoltaicas hacia eficiencias récord.

Los cristales de InGaN se cultivan como capas en una disposición tipo sándwich sobre sustratos de zafiro. Típicamente, los investigadores han descubierto que la separación atómica de las capas varía; una condición que puede provocar altos niveles de tensión, fallas en el crecimiento, y fluctuaciones en la composición química de la aleación.

"Ser capaz de aliviar la tensión y aumentar la uniformidad en la composición de InGaN es muy deseable, "dice Ponce, "pero difícil de lograr. El crecimiento de estas capas es similar a tratar de encajar sin problemas dos panales con diferentes tamaños de celda, donde la diferencia de tamaño interrumpe una disposición periódica de las células ".

Como se describe en su publicación, los autores desarrollaron un enfoque en el que se introducían pulsos de moléculas para lograr la composición de aleación deseada. El método, desarrollado por Doolittle, se llama epitaxia modulada por metales. "Esta técnica permite un crecimiento atómico capa por capa del material, "dice Ponce.

El análisis de la disposición atómica y la luminosidad a nivel de nanoescala fue realizado por Fischer, el autor principal del estudio, y Wei. Sus resultados mostraron que las películas cultivadas con la técnica de epitaxia tenían características casi ideales y revelaron que los resultados inesperados provenían de la relajación de la tensión en la primera capa atómica de crecimiento de cristales.

"El grupo de Doolittle pudo ensamblar un cristal final que es más uniforme y cuyas estructuras de celosía coinciden ... dando como resultado una película que se asemeja a un cristal perfecto, "dice Ponce." La luminosidad también era como la de un cristal perfecto. Algo que nadie en nuestro campo pensó que fuera posible ".

La eliminación por parte del equipo de ASU y Georgia Tech de estos dos defectos aparentemente insuperables (composición no uniforme y alineación de celosía no coincidente) significa en última instancia que ahora se pueden desarrollar LED y productos fotovoltaicos solares que tienen mucho más, rendimiento eficiente.

"Aunque todavía estamos muy lejos de las células solares que establecen récords, Este avance podría tener un impacto inmediato y duradero en los dispositivos emisores de luz y podría convertirlo en la segunda familia de semiconductores más abundante. III-Nitruros, un jugador real en el campo de las células solares, ", dice Doolittle. El equipo de Doolittle en la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática de Georgia Tech también incluía a Michael Moseley y Brendan Gunning. Hay una patente pendiente para la nueva tecnología.