Forschung -

Molekular dünnes Hybrid-Perowskit für neueste Optoelektronik

Wissenschaftler der National University of Singapore (NUS) entdeckten, dass die Lichtemissionseigenschaften von molekular dünnem zweidimensionalen Hybrid-Perowskit für ultradünne optoelektronische Anwendungen hochgradig reversibel abgestimmt werden können.

Mehrschichtige Perowskite sind lösungsverarbeitbare, kostengünstige Materialien, die sich als Fotodetektoren oder Lichtemitter einsetzen lassen. Die überlegene Fähigkeit des Perowskitkristalls, Licht mit hoher Effizienz zu erkennen und abzugeben, wird voraussichtlich praktische Anwendungen in verschiedenen Bereichen finden.

Jede Grundeinheit eines 2-D Hybrid-Perowskits besteht aus einer halbleitenden Schicht aus anorganischem Material, die zwischen zwei organischen Isolierschichten angeordnet ist.

Während die Forscher in den letzten dreißig Jahren geschichtete Perowskite in ihrer Massenform untersucht haben, sind die Eigenschaften dieser Kristalle, wenn ihre Dicke auf wenige und einzelne Schichten reduziert wird, weitgehend unerforscht.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Loh Kian Ping vom "Department of Chemistry" hat herausgefunden, dass eine molekular dünne Schicht Perowskit auf höchst reversible Weise gespannt werden kann, ohne dauerhafte Defekte am Material zu verursachen, die seine Lichtemissionseigenschaften beeinträchtigen könnten. Außerdem lassen sich die Emissionseigenschaften des Perowskits bei wiederholter Belastung reversibel einstellen.

Dies gelang den Forschern, indem sie die Oberfläche des Perowskits mit einer dünnen Schicht aus optisch transparentem hexagonalen Bornitrid verkapselten.

Diese Barriereschicht fängt die organischen Moleküle auf der Oberfläche der Perowskischicht ein und verhindert, dass sie selbst bei starker Laserstrahlung in die Luft entweichen.

Mit einem temperaturgesteuerten Kristallisationsverfahren synthetisierten die Forscher zentimetergroße Perowskit-Einkristalle der Ruddlesden-Popper-Phase (eine Form der geschichteten Perowskitstruktur).

Diese speziell hergestellten Kristalle sind viel größer als die üblichen im Mikrometerbereich und ermöglichten es dem Team, dünne Schichten mit der "Scotch Tape"-Methode (ähnliches Verfahren zur Gewinnung von Graphen aus Grafit) abzuschälen. Diese ultradünnen Kristalle wurden dann für die Experimente verwendet.

Prof. Loh sagte: "Im Gegensatz zu Bulk-Perowskiten, bei denen die organischen Ketten benachbarter Schichten fingerartig ineinandergreifen und dicht gepackt sind, kann die Schicht der organischen Kette bei ultradünnen Perowskiten unter Laser- oder Wärmeaktivierung leichter "entspannen".

"Dieser 'Entspannungsprozess' verändert die Lichtemissionseigenschaften. Wir haben festgestellt, dass die Lichtemission in ihren Ausgangszustand zurückkehren kann, indem der Prozess die Oberfläche der ultradünnen Perowskitschicht einschränkt."

"Wir haben auch die atomare Struktur dieser Perowskite mit dem QPlus Rasterkraftmikroskop untersucht. Abhängig von der zugeführten Wärmeenergie können die organischen Schichten auf der Oberfläche die optoelektronischen Eigenschaften des Kristalls reversibel aufbauen und verändern."

"Dieses Verfahren könnte potenziell für die Entwicklung dehnungsabstimmbarer optoelektronischer Bauelemente genutzt werden", ergänzte Professor Loh.

Unter dem Titel: "Molecularly thin two-dimensional hybrid perovskites with tunable optoelectronic properties due to reversible surface relaxation" erschien der Forschungsbericht in "Nature Materials".

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