2-D perovskit materialer fundet at have unikke, ledende kanttilstande

En ny klasse af 2-D perovskit materialer med kanter, der er ledende som metaller og kerner, der er isolerende, blev fundet af forskere, der sagde, at disse unikke egenskaber kan anvendes i solceller og nanoelektronik.

"Denne observation af de metallignende ledende tilstande ved lagkanterne af disse 2-D perovskit-materialer giver en ny måde at forbedre ydelsen af ​​næste generations optoelektronik og udvikle innovativ nanoelektronik, " sagde Kai Wang, assisterende forskningsprofessor i materialevidenskab og teknik ved Penn State og hovedforfatter på undersøgelsen.

Wang og et team af Penn State-forskere gjorde opdagelsen, mens de syntetiserede blyhalogenidperovskitmaterialer til brug i næste generations solceller. Perovskites, materialer med en krystalstruktur, der er god til at absorbere synligt lys, er et fokusområde i at udvikle både stive og fleksible solceller, der kan konkurrere kommercielt med traditionelle celler fremstillet med silicium. Disse 2-D perovskit materialer er billigere at skabe end silicium og har potentialet til at være lige så effektive til at absorbere sollys.

Fundene, rapporteret i Videnskabens fremskridt , give ny indsigt i ladningen og energistrømmen i perovskitmaterialer, vigtigt for den fortsatte udvikling af teknologien, sagde forskerne.

"Jeg tror, ​​at skønheden i dette arbejde er, at vi fandt et materiale, der har helt andre egenskaber langs kanterne i forhold til kernen, "sagde Shashank Priya, professor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab og associeret vicepræsident for forskning ved Penn State. "Det er meget usædvanligt, at strømmen kan flyde rundt om kanterne og ikke i midten af ​​et materiale, og dette har enorme konsekvenser for designet af solcellearkitekturer. "

2-D perovskitmaterialerne består af tynde, skiftevis stablede organiske og uorganiske lag. De organiske lag beskytter de uorganiske lag af blyhalogenidkrystaller mod fugt, der kan nedbryde 3D-versioner af materialet. Denne lagdelte struktur resulterer i en stor variation i ledningsevne langs vinkelrette og parallelle retninger.

Ved hjælp af scannings- og kortlægningsteknikker, forskerne fandt ud af, at skarpe kanter af 2-D-enkeltkrystallerne udviste ekstraordinært stor gratis ladningsbærertæthed.

"Dette arbejde afslører de tydelige forskelle i optoelektroniske egenskaber mellem krystallagets kant og kerneområdet, som kan give et hint til at besvare andre vigtige spørgsmål, der er rejst inden for optoelektronik om disse 2-D perovskitmaterialer, " sagde Wang.

Forskere sagde, at resultaterne kunne øge ydeevnen af ​​solceller og LED-teknologi ved at give yderligere opladningsveje i enhederne. Resultaterne åbner også døren for udviklingen af ​​innovativ endimensionel elektrisk ledning inden for nanoelektronik.

"I længden af ​​disse materialer, du har en forbindelse mellem metal og halvleder, og der er en masse hypotetiske enheder foreslået baseret på det kryds, " sagde Priya.

På grund af den stærke strøm, der findes ved kanterne, 2-D perovskit krystaller kan også være en god kandidat til en triboelektrisk nanogenerator, sagde forskerne.

Nanogeneratorer omdanner bevægelse til elektrisk energi, hvilket kan føre til bærbar teknologi, der oplader telefoner og andre enheder ved hjælp af både lys og mekanisk energi og input.