Forschung -

2D-Perowskite haben einzigartige, leitende Kanten

Eine neue Klasse von 2D-Perowskitmaterialien mit leitfähigen Kanten wie Metalle und isolierenden Kernen wurde von Forschern entdeckt, die meinen, dass diese einzigartigen Eigenschaften Anwendungen in Solarzellen und Nanoelektronik finden.

"Diese Beobachtung der metallartig leitfähigen Zustände an den Schichtkanten dieser 2D-Perowskitmaterialien bietet einen neuen Weg, die Leistung der nächsten Optoelektronikgeneration zu verbessern und eine innovative Nanoelektronik zu entwickeln", sagte Assistenzprofessor Kai Wang von der Penn State University und Hauptautor der Studie.

Wang und sein Team machten die Entdeckung, während sie Bleihalogenid-Perowskitmaterialien für eine Verwendung in Solarzellen der nächsten Generation synthetisierten.

Perowskite, Materialien mit einer Kristallstruktur, die sich für eine Absorption des sichtbaren Lichts sehr gut eignet, sind ein Schwerpunkt bei der Entwicklung von starren und flexiblen Solarzellen, die kommerziell mit herkömmlichen Zellen aus Silizium konkurrieren können.

Diese 2D-Perowskitmaterialien sind billiger herzustellen als Silizium und haben das Potenzial, Sonnenlicht ebenso effizient zu absorbieren.

Die Forschungsergebnisse, die in "Science Advances" erläutert werden, liefern neue Erkenntnisse über den Ladungs- und Energiefluss in Perowskitmaterialien, die für die weitere Entwicklung der Technologie wichtig sind, sagten die Wissenschaftler.

"Ich denke, die Schönheit dieser Arbeit ist es, dass wir ein Material gefunden haben, das völlig andere Eigenschaften entlang der Kanten aufweist als der Kern", sagte Professor Shashank Priya.

"Es ist sehr ungewöhnlich, dass der Strom um die Kanten und nicht in der Mitte eines Materials fließen kann. Das hat enorme Auswirkungen auf das Design von Solarzellenarchitekturen."

Die 2D-Perowskitmaterialien bestehen aus dünnen, abwechselnd gestapelten organischen und anorganischen Schichten. Die organischen Schichten schützen die anorganischen Schichten aus Bleihalogenidkristallen vor Feuchtigkeit, die 3D-Versionen des Materials beeinträchtigen kann. Dieser Schichtaufbau führt zu einer großen Variation der Leitfähigkeit in senkrechter und paralleler Richtung.

Mit Hilfe von Scan- und Kartierungstechniken fanden die Forscher heraus, dass scharfe Kanten der 2D-Einkristalle eine außerordentlich große und freie Ladungsträgerdichte aufweisen.

"Diese Arbeit zeigt die deutlichen Unterschiede in den optoelektronischen Eigenschaften zwischen der Kristallschichtkante und dem Kernbereich, die einen Hinweis auf die Beantwortung anderer wichtiger Fragen im Bereich der Optoelektronik über diese 2D-Perowskitmaterialien geben können", sagte Wang.

Die Forscher meinen, dass die Ergebnisse die Leistung von Solarzellen und der LED-Technologie steigern könnten, indem sie zusätzliche Ladepfade innerhalb der Elemente bereitstellen. Die Ergebnisse öffnen auch die Tür für die Entwicklung der innovativen eindimensionalen elektrischen Leitfähigkeit in der Nanoelektronik.

"Über die Länge dieser Materialien hat man einen Übergang zwischen Metall und Halbleiter, und es gibt eine Menge hypothetischer Elemente, die auf dieser Verbindung basieren", sagte Priya.

Aufgrund des starken Stroms an den Kanten können 2D-Perowskitkristalle nach Ansicht der Forscher auch ein guter Kandidat für einen triboelektrischen Nanogenerator sein.

Nanogeneratoren wandeln Bewegung in elektrische Energie um, was zu einer tragbaren Technologie führen könnte, die Telefone und andere Geräte mit Licht oder mechanischer Energie auflädt.

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