Ny måde at tænde for nanomaterialer til elektroniske applikationer

UCLA materialeforskere og kolleger har opdaget, at perovskites, en klasse af lovende materialer, der kunne bruges til lave omkostninger, højtydende solceller og LED'er, har en tidligere uudnyttet molekylær komponent, der yderligere kan tune perovskitters elektroniske egenskaber.

Opkaldt efter den russiske mineralog Lev Perovski, perovskitmaterialer har en krystal-gitterstruktur af uorganiske molekyler som keramik, sammen med organiske molekyler, der er sammenflettet overalt. Indtil nu, disse organiske molekyler syntes kun at tjene en strukturel funktion og kunne ikke direkte bidrage til perovskites elektroniske ydeevne.

ledet af UCLA, en ny undersøgelse viser, at når de organiske molekyler er designet rigtigt, de kan ikke kun opretholde krystalgitterstrukturen, men bidrager også til materialernes elektroniske egenskaber. Denne opdagelse åbner op for nye muligheder for at forbedre designet af materialer, der vil føre til bedre solceller og lysdioder. Undersøgelsen, der beskriver forskningen, blev for nylig offentliggjort i Videnskab .

"Det er som at finde en gammel hund, der kan spille nye tricks, "sagde Yang Yang, Carol og Lawrence E. Tannas Jr. professor i ingeniørvidenskab ved UCLA Samueli School of Engineering, hvem er hovedforsker i forskningen. "I materialevidenskab, vi ser helt ned til den atomare struktur af et materiale for effektiv ydeevne. Vores postdocs og kandidatstuderende tog ikke noget for givet og gravede dybere for at finde en ny vej."

For at lave et bedre perovskitmateriale, forskerne inkorporerede et specielt designet organisk molekyle, en pyrenholdig organisk ammonium. På dens ydre, det positivt ladede ammoniummolekyle forbundet med pyrenmolekyler - en firdobbelt ring af kulstofatomer. Dette molekylære design tilbød yderligere elektronisk afstemning af perovskitter.

"Den unikke egenskab ved perovskitter er, at de har fordelen af ​​højtydende uorganiske halvledere, samt nem og billig forarbejdning af polymerer, " sagde studielederforfatter Rui Wang, en UCLA-postdoktor i materialevidenskab og teknik. "Dette nyligt forbedrede perovskite-materiale giver nu muligheder for forbedrede designkoncepter med bedre effektivitet."

For at demonstrere perovskites' ekstra effektivitet, holdet byggede en fotovoltaisk (PV) celleprototype med materialerne, og testede det derefter under kontinuerligt lys i 2, 000 timer. Den nye celle fortsatte med at omdanne lys til energi med 85 % af sin oprindelige effektivitet. Dette står i kontrast til en PV-celle lavet af de samme materialer, men uden det tilføjede ændrede organiske molekyle, som kun beholdt 60 % af sin oprindelige effektivitet.