研究人员发现了一种新型的2D钙钛矿材料

2019-10-10 10:30:30

研究人员发现了一种新型的2D钙钛矿材料,其边缘像金属一样具有导电性,而芯部则具有绝缘性。研究人员说,这些独特的特性已在太阳能电池和纳米电子学中得到应用。

材料科学与工程学助理教授王凯说:“对这些2D钙钛矿材料的层边缘处的类金属导电态的观察提供了一种改善下一代光电子性能和开发创新的纳米电子学的新方法。”在宾州州立大学担任研究的主要作者。

Wang和宾夕法尼亚州立大学的一个研究小组在合成卤化钙钛矿材料用于下一代太阳能电池时发现了这一发现。钙钛矿是一种具有良好吸收可见光的晶体结构的材料,是开发刚性和柔性太阳能电池的重点领域,这些太阳能电池可以与传统的硅制电池进行商业竞争。这些2D钙钛矿材料的制造成本要比硅便宜,并且具有吸收日光的效率相同的潜力。

科学家说,这项发现发表在《科学进展》上,为钙钛矿材料中的电荷和能量流提供了新的见解,这对于该技术的持续发展至关重要。

宾州州立大学材料科学与工程学教授兼副总裁沙尚克·普里亚(Shashank Priya)说:“我认为这项工作的美妙之处在于,我们发现与边缘相比,其边缘具有完全不同的特性。” “电流在边缘而不是在材料的中心流动是非常不寻常的,这对太阳能电池架构的设计具有重大影响。”

二维钙钛矿材料由薄的,交替堆叠的有机层和无机层组成。有机层可保护卤化铅晶体的无机层免受潮气的侵蚀,因为潮气会降低材料的3D版本。这种分层结构导致沿垂直和平行方向的电导率变化很大。

研究人员使用扫描和映射技术发现2D单晶的锋利边缘显示出非常大的自由电荷载流子密度。

Wang说:“这项工作揭示了晶体层边缘和核心区域之间在光电特性上的明显差异,这可以为回答光电领域中关于这些二维钙钛矿材料提出的其他重要问题提供暗示。”

研究人员说,这些发现可以通过在设备内提供额外的充电路径来提高太阳能电池和LED技术的性能。这些发现也为纳米电子学中创新的一维电导率的发展打开了大门。

普里亚说:“在这些材料的整个长度上,金属和半导体之间都有一个结,并且提出了许多基于该结的假想器件。”

研究人员说,由于在边缘处发现了强电流,因此二维钙钛矿晶体也可能是摩擦电纳米发电机的良好选择。

纳米发电机将运动转换为电能,这可能会导致可穿戴式技术使用光能和机械能以及输入为手机和其他设备充电。

宾夕法尼亚州立大学的副研究教授吴聪聪,助理研究教授董东和王珂也做出了贡献。

空军科研办公室,海军研究办公室和陆军小型企业创新研究计划为这项研究提供了资金。

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