SusChEM: Molecular Routes to New Classes of Polar and Non-Polar Alloy Semiconductors

SusChEM:新型极性和非极性合金半导体的分子路线

基本信息

  • 批准号:
    1309090
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 78.81万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-09-01 至 2017-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Technical Description: The project investigates the fabrication and properties of (III-V)-IV alloys based on the recent discovery of a synthesis approach that eliminates phase segregation effects in these alloys. The essential idea is to build the alloy crystal from pre-formed molecular units containing three group-IV atoms and a single III-V pair in tetrahedral geometry. Growth is done using chemical vapor deposition on readily available silicon or germanium substrates. The research includes determination of the atomic level structure of the alloys, systematic study of their optical properties, investigation of compositional and doping control for potential semiconductor applications, and generalization of the approach to include most group III, IV, and V materials. An additional goal is to develop other classes of materials based on the concept of molecular building blocks.Non-technical Description: Modern research in materials science is strongly focused on the design and synthesis of materials not available in nature. The molecular approach to crystal growth exemplified by this project represents a new tool for this quest that may lead to materials with unique properties. In particular, some of the materials to be studied, including alloys of Al, P, N, and Si, are expected to have lattice dimensions similar to a silicon crystal and could form the basis for Si-based tandem solar cells. Single-layer silicon solar cells dominate the current photovoltaics market but their efficiency is limited to about 25%. The cell efficiency could exceed 30% in tandem structures, with large societal impact. The uniqueness of the molecules-to-solids approach also creates opportunities for multidisciplinary education. The project includes the development of new courses that allow students to become familiar with the chemistry and physics concepts needed to pursue materials research. Provisions are also being made to create a database of chemical precursors, to be made available to the community at large, which insures that other researchers have access to the synthetic innovations developed under this project.This project is funded jointly by the Electronic and Photonic Materials (EPM) and Solid State and Materials Chemistry (SSMC) Programs in the Division of Materials Research.
技术描述:该项目基于最近发现的一种消除合金中相偏析效应的合成方法,研究了 (III-V)-IV 合金的制造和性能。基本思想是用四面体几何结构中包含三个 IV 族原子和一对 III-V 原子的预形成分子单元构建合金晶体。生长是通过化学气相沉积在容易获得的硅或锗基底上完成的。该研究包括确定合金的原子级结构、系统研究其光学特性、研究潜在半导体应用的成分和掺杂控制,以及将该方法推广到包括大多数 III、IV 和 V 族材料。另一个目标是基于分子构建块的概念开发其他类别的材料。非技术描述:材料科学的现代研究主要集中在自然界中不存在的材料的设计和合成上。该项目所例证的晶体生长分子方法代表了这一探索的新工具,可能会产生具有独特性能的材料。特别是,一些待研究的材料,包括 Al、P、N 和 Si 的合金,预计具有与硅晶体相似的晶格尺寸,可以构成硅基串联太阳能电池的基础。单层硅太阳能电池在当前光伏市场占据主导地位,但其效率仅限于25%左右。串联结构的电池效率可超过 30%,具有巨大的社会影响。分子到固体方法的独特性也为多学科教育创造了机会。该项目包括开发新课程,让学生熟悉材料研究所需的化学和物理概念。还制定了创建化学前体数据库的规定,以供整个社区使用,以确保其他研究人员能够获得该项目下开发的合成创新成果。该项目由电子和光子材料部联合资助材料研究部的(EPM)和固态与材料化学(SSMC)项目。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
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会议论文数量(0)
专利数量(0)

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