«Наш материал представляет собой слоистый состав, то есть это стопка 2D-слоев перовскита с нанометровой толщиной (например, стопка листов), а 2D-слои перовскита разделены тонкими органическими слоями», — сказал Жан-Кристоф Бланкон, ведущий автор. на статье, опубликованной сегодня в журнале Science’s First Release. «Эта работа может опровергнуть общепринятые представления об ограничениях конструкции устройств на основе слоистых перовскитов».Двухмерные, почти монокристаллические тонкие пленки "Раддлесдена-Поппера" имеют внеплоскостную ориентацию, так что беспрепятственный перенос заряда происходит через слои перовскита в плоских устройствах. На краях слоев перовскита новое исследование обнаружило «краевые состояния слоев», которые являются ключевыми как для высокой эффективности солнечных элементов (> 12 процентов), так и высокой эффективности флуоресценции (несколько десятков процентов) для светодиодов.
Спонтанное преобразование экситонов (связанных электронно-дырочных пар) в свободные носители через эти краевые состояния слоя, по-видимому, является ключом к улучшению фотогальванических и светоизлучающих тонкопленочных слоистых материалов.Команда исследовала как фотофизические, так и оптоэлектронные свойства фазово-чистых однородных 2D-перовскитов. Они смогли показать, что тонкие пленки обладают внутренним механизмом диссоциации сильно связанных электронно-дырочных пар (экситонов) на долгоживущие свободные носители, обеспечиваемые состояниями с более низкой энергией на краях слоистых перовскитов.Более того, как только носители попадают в эти краевые состояния, они остаются защищенными и не теряют свою энергию из-за безызлучательных процессов.
Они могут вносить вклад в фототок в фотоэлектрических (ФЭ) устройствах или эффективно рекомбинировать при излучении света. «Эти материалы представляют собой квантово-гибридные материалы, обладающие физическими свойствами как органических полупроводников, так и неорганических полупроводниковых квантовых ям. Мы только начинаем понимать взаимодействие органических и неорганических компонентов в двумерных перовскитах, и этот результат подтверждает, как уникальные свойства могут возникать в результате конкурирующих физических свойств », — сказал Джаред Кроше из группы физической химии и прикладной спектроскопии в Лос-Аламосе.«Эти результаты направлены на решение давней проблемы не только для семейства перовскитов, но и для большой группы материалов, где края и состояния поверхности обычно ухудшают оптоэлектронные свойства, которые теперь можно химически спроектировать и спроектировать для достижения эффективного потока заряда и энергия, ведущая к высокоэффективным оптоэлектронным устройствам », — сказал Адитья Мохите, который возглавляет программу по перовскиту в группе« Синтез материалов и интегрированные устройства »в Лос-Аламосе.«Двухмерные гибридные перовскиты продолжают удивлять.
Когда мы впервые разработали эти материалы, мы надеялись, что их высококачественные образцы продемонстрируют новые оптоэлектронные свойства», — сказал соавтор Меркури Канатзидис из Северо-Западного университета. «Что ж, они сделали то же самое, а потом и другие. Они превзошли наши ожидания и оказались поистине потрясающими системами. Мы лишь прикоснулись к тому, что есть — извините за каламбур — в этом 2D-семействе, и мы ожидаем продолжающееся волнение в будущем ".