Effektiv lysomdannelse med perovskit -nanokrystaller

Perovskites er en familie af krystaller, der viser lovende egenskaber til applikationer inden for nanoteknologi. Imidlertid, en egenskab kaldet bærer multiplikation, en effekt, der gør materialer meget mere effektive til at omdanne lys til elektricitet, er ikke observeret hos perovskitter. Ny forskning, ledet af UvA-IoP fysikerne Dr. Chris de Weerd og Dr. Leyre Gomez fra gruppen af ​​Prof. Tom Gregorkiewicz, rapporterer nu, at visse perovskitter har denne ønskværdige egenskab.

Krystaller er konfigurationer af atomer, molekyler eller ioner ordnet i en struktur, der gentager sig i alle retninger. Eksempler inkluderer almindeligt salt, diamanter og snefnug. Visse krystaller viser meget interessante egenskaber på nanoskala. der, vi går ind i nanokrystallernes verden, strukturer, der er ekstremt nyttige til at konstruere teknologiske applikationer i små skalaer.

Perovskites, opkaldt efter den russiske mineralog Lev Perovski fra det 19. århundrede, danner en bestemt familie af materialer, der alle deler den samme krystalstruktur. Disse perovskitter har mange ønskelige elektroniske egenskaber, gør dem nyttige til at konstruere LED'er, TV skærme, solceller og lasere. Af denne grund, perovskitter er blevet undersøgt indgående af fysikere i de senere år.

Når halvledere – i solceller, for eksempel - konverter lysets energi til elektricitet, dette sker normalt én partikel ad gangen. En enkelt indfaldende foton resulterer i en enkelt exciteret elektron (og det tilsvarende 'hul', hvor elektronen plejede at være), som kan bære en elektrisk strøm. Imidlertid, i visse materialer, hvis det indfaldende lys er energisk nok, yderligere elektron-hul-par kan exciteres som et resultat; denne proces er kendt som bærer multiplikation.

Når bærer multiplikation forekommer, konverteringen fra lys til elektricitet kan blive meget mere effektiv. For eksempel, i almindelige solceller, der er en teoretisk grænse (den såkaldte Shockley-Queisser grænse) for mængden af ​​energi, der kan omdannes - højst, lidt over 33 procent af solenergien bliver omdannet til elektrisk strøm. I halvleder nanokrystaller under bærer multiplikationseffekten, imidlertid, en maksimal effektivitet på op til 44 procent forudsiges.

Dermed, forskere har søgt bærermultiplikationseffekten i perovskitter. Nu, de Weerd, Gomez og Gregorkiewicz, sammen med deres samarbejdspartnere, rapportere dette fænomen. Ved hjælp af spektroskopimetoder, forskerne viste, at perovskit nanokrystaller lavet af cæsium, bly og jod display bærer multiplikation. I øvrigt, de hævder, at effektiviteten af ​​denne effekt er højere end hidtil rapporteret for noget andet materiale; med dette fund, de ekstraordinære egenskaber ved perovskites får et nyt løft.

De Weerd, som med succes forsvarede sin ph.d. afhandling baseret på denne og anden forskning i sidste uge, siger, "Indtil nu, bærermultiplikation var ikke blevet rapporteret for perovskitter. At vi nu har fundet det, har stor fundamental indflydelse på dette kommende materiale. For eksempel, dette viser, at perovskit nanokrystaller kan bruges til at konstruere meget effektive fotodetektorer, og i fremtiden måske solceller. "