En la eterna búsqueda de células solares y LED de alta eficiencia de próxima generación, los científicos del Laboratorio Nacional de Los Alamos y sus socios están creando innovadoras perovskitas híbridas en capas 2D que permiten una mayor libertad en el diseño y fabricación de dispositivos optoelectrónicos eficientes. Las aplicaciones industriales y de consumo podríanincluye células solares de bajo costo, LED, diodos láser, detectores y otros dispositivos nano-optoelectrónicos.
"Nuestro material es un compuesto en capas, lo que significa que es una pila de capas 2D de perovskitas con un grosor nanométrico como una pila de hojas, y las capas de perovskita 2D están separadas por capas orgánicas delgadas", dijo Jean-Christophe Blancon,autor principal en un artículo publicado hoy en la revista ciencia distribución de la primera versión. "Este trabajo podría anular la sabiduría convencional sobre las limitaciones de los diseños de dispositivos basados en perovskitas en capas".
Las películas delgadas 2D, casi monocristalinas "Ruddlesden-Popper" tienen una orientación fuera del plano para que el transporte de carga desinhibido ocurra a través de las capas de perovskita en dispositivos planos. En los bordes de las capas de perovskita, la nueva investigacióndescubrieron "estados de borde de capa", que son clave tanto para la alta eficiencia de las células solares > 12 por ciento como para la alta eficiencia de fluorescencia algunas decenas de por ciento para los LED. La conversión espontánea de excitones pares de electrones unidosliberar portadores a través de estos estados de borde de capa parece ser la clave para mejorar los materiales en capas de película delgada fotovoltaica y emisora de luz.
El equipo investigó las propiedades fotofísicas y optoelectrónicas de las perovskitas 2D homogéneas de fase pura. Pudieron demostrar que las películas delgadas tienen un mecanismo intrínseco para la disociación de los pares de electrones excitones fuertemente unidos a portadores libres de larga vidaproporcionado por estados de menor energía en los bordes de las perovskitas en capas.
Además, una vez que los portadores quedan atrapados en estos estados de borde, permanecen protegidos y no pierden su energía a través de procesos no radiativos. Pueden contribuir a la fotocorriente en un dispositivo fotovoltaico PV o recombinarse radiantemente eficientemente para aplicaciones de emisión de luz."Estos materiales son materiales híbridos cuánticos, que poseen propiedades físicas tanto de los semiconductores orgánicos como de los pozos cuánticos semiconductores inorgánicos. Recién estamos comenzando a comprender la interacción de los componentes orgánicos e inorgánicos en las perovskitas 2D y este resultado subraya cómo pueden surgir propiedades únicas de competidores físicospropiedades ", dijo Jared Crochet del grupo de Química Física y Espectroscopía Aplicada en Los Alamos.
"Estos resultados abordan un problema de larga data no solo para la familia de la perovskita, sino también para un gran grupo de materiales donde los bordes y los estados de la superficie generalmente degradan las propiedades optoelectrónicas, que ahora pueden diseñarse y diseñarse químicamente para lograr un flujo eficiente decarga y energía que conducen a dispositivos optoelectrónicos de alta eficiencia ", dijo Aditya Mohite, quien dirige el programa de perovskita en el grupo de Síntesis de materiales y dispositivos integrados en Los Alamos.
"Las perovskitas híbridas 2D continúan sorprendiendo. Cuando diseñamos estos materiales por primera vez, esperábamos que muestras de alta calidad de ellos exhibieran propiedades optoelectrónicas novedosas", dijo el coautor Mercouri Kanatzidis de la Universidad Northwestern. "Bueno, lo han hecho".y algo más. Han superado nuestras expectativas y están demostrando ser sistemas realmente asombrosos. Solo hemos arañado la superficie de lo que hay allí, perdón por el juego de palabras, en esta familia 2D y anticipamos la emoción continua en el futuro ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Los Alamos . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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