미국 통합 나노 기술 센터 (CINT)에서 연구원들은 결합된 태양 전지 패널과 발광 장치를 만드는 효율적인 방법을 발견했다. 하이브리드 페로브스카이트 재료의 블록을 사용하기보다는 여러 개의 얇은 시트를 서로 겹쳐 쌓았다 (Science, "Extremely efficient internal exciton dissociation through edge states in layered 2D perovskites", Science, "Powering up perovskite photoresponse").
이 새로운 계층 패턴에서 중요한 "레이어-에지 상태"를 발견했다. 이러한 상태에서 에너지는 매우 보전된다. 빛이나 다른 소스에 의해 여기되면, 물질은 순간적으로 소멸되지 않는 에너지를 생산하며 배터리를 충전하거나 다른 작업을 수행하는데 사용할 수 있다. 즉, 수확하고 조작할 수 있는 수명이 긴 자유 전하 캐리어를 만든다.
재료 블록과 비교할 때, 페로브스카이트의 적층 시트는 여러 가지 이점을 제공한다. 이 시트는 화학적으로 안정적이고 환경 친화적이며 새로운 응용이나 실험의 요구에 맞게 조정할 수 있다. 가장자리 상태 발견은 빛을 모으고 방출하는 효율적인 전자 장치를 설계하고 제조하는 새로운 방법을 열어준다. 이러한 장치에는 저비용 태양 전지, LED, 레이저 다이오드 및 감지기가 포함된다.
하이브리드 페로브스카이트는 빛을 포획하여 방출할 수 있는 새로운 종류의 저비용 재료이다. 이 물질은 벌크 3 차원 구조, 2 차원 결정 시트 및 1 차원 막대 등 여러 가지 형태로 합성될 수 있다. 특히, 층상 화합물은 중간에 얇은 유기층을 가진 2 차원 결정 시트를 적층함으로써 생성될 수 있다.
벌크 3 차원 변형에 비해, 이러한 페로브스카이트의 시트는 본질적으로 안정적이며 광범위하게 조정할 수 있다. 따라서, 이들 얇은 시트는 다양한 기술 분야에서 폭넓게 응용될 수 있다.
이 연구에서 CINT의 과학자들과 국제 협력자들은 물질의 광전자 특성을 대폭 향상시키기 위해 2-D 페로브스카이트 시트를 적층하는 전략을 설명하고 있다. 그들은 3 개 또는 그 이상의 층을 갖는 물질에서, 하전 입자 (전자 및 홀)가 결정 층의 가장자리 근처의 저에너지 상태에서 갇히게 된다는 것을 발견했다.
이 캐리어는 수명이 5 배 증가하고 열 에너지를 잃지 않으므로 광 획득 장치의 효율성이 크게 향상된다.
플립 측면에서, 빛을 방출하는 장치는 갇힌 캐리어가 매우 효율적으로 재결합할 수 있기 때문에 매우 효과적이다.
이 결과는 페로브스카이트 시트뿐 만 아니라 많은 재료 그룹에 대한 오랜 문제를 해결했다. 종종, 재료의 가장자리 및 표면 상태는 광전자 특성을 저하시킬 수 있다.
이제 이러한 물질의 구조는 고효율 광전자 장치로 이어지는 전하 및 에너지의 효율적인 흐름을 달성하도록 화학적으로 설계될 수 있다.
아템카페 글보기
