Перовскиты образуют группу кристаллов, обладающих многими многообещающими свойствами для применения в нанотехнологиях. Однако одно полезное свойство, которое до сих пор не наблюдалось в перовскитах, - это так называемое размножение носителей - эффект, который делает материалы более эффективными при преобразовании света в электричество. Новое исследование, проведенное в сотрудничестве между Университетом Амстердама (UA) и Университетом Осаки (OU) под руководством проф. Том Грегоркевич (UA, OU) и проф. Ясуфуми Фудзивара (ОУ) показал, что некоторые перовскиты действительно обладают этим желаемым свойством.
Кристаллы представляют собой конфигурации атомов, молекул или ионов, которые упорядочены в структуру, которая повторяется во всех направлениях. Все мы сталкивались с некоторыми кристаллами в повседневной жизни: примерами являются обычная соль, алмаз и даже снежинки. Что, возможно, менее известно, так это то, что некоторые кристаллы проявляют очень интересные свойства, когда их размер не соответствует размеру нашей повседневной жизни, а составляет нанометры - несколько миллиардных долей метра. Там мы вступаем в мир нанокристаллов, структур, которые оказались чрезвычайно полезными для создания технологических приложений в крошечных масштабах.
Перовскиты, названные в честь русского минералога XIX века Льва Перовского, образуют особое семейство нанокристаллов, имеющих одинаковую кристаллическую структуру. В наномасштабе эти перовскиты обладают многими желаемыми электронными свойствами, что делает их полезными для создания, например, светодиодов, телевизионных экранов, солнечных элементов и лазеров. По этой причине в последние годы физики активно изучают нанокристаллы перовскита.
Умножение несущей
Свойство, существование которого у перовскитов до сих пор не было доказано, - это умножение носителей. Когда нанокристаллы - например, в солнечных батареях - преобразуют энергию света в электричество, это обычно делается по одной частице за раз: один падающий фотон приводит к появлению одного возбужденного электрона (и соответствующей «дыры», где электрон раньше быть), которые могут проводить электрический ток. Однако в некоторых материалах, если падающий свет достаточно энергичен, в результате могут возбудиться дополнительные электронно-дырочные пары; именно этот процесс известен как умножение несущей.
Когда происходит умножение несущих, преобразование света в электричество может стать намного более эффективным. Например, в обычных солнечных элементах существует теоретический предел (так называемый предел Шокли-Квиссера) количества энергии, которое может быть преобразовано таким образом: самое большее 30% солнечной энергии превращается в электрическую. сила. Однако в материалах, демонстрирующих эффект умножения носителей, уже получена эффективность до 44%..
докторская степень
Это делает очень интересным поиск эффекта умножения носителей в перовскитах, и это именно то, что д-р. Крис де Верд и др. Лейре Гомес из группы оптоэлектронных материалов под руководством проф. Том Грегоркевич в сотрудничестве с группой проф. Ясуфуми Фудзивара и при поддержке своих коллег из Национального института AIST в Цукубе и Делфтского технического университета. Используя методы спектроскопии - изучая частоты излучения, которое исходит от материала после очень короткого освещения его вспышкой света - исследователи показали, что нанокристаллы перовскита, сделанные из цезия, свинца и йода, действительно демонстрируют размножение носителей. Более того, они утверждают, что эффективность этого эффекта выше, чем сообщалось до сих пор для любых других материалов; таким образом, благодаря этому открытию экстраординарные свойства перовскита получили новый импульс!
Де Вирд, которая успешно защитила свою докторскую диссертацию на основе этого и других исследований на прошлой неделе, говорит: «До сих пор не сообщалось о размножении носителей для перовскитов. Теперь мы обнаружили, что это имеет большое фундаментальное влияние на Этот будущий материал. Например, это показывает, что перовскиты могут быть использованы для создания очень эффективных фотодетекторов, а в будущем, возможно, и солнечных элементов».