研究人员发现了一种新型的二维钙钛矿材料,其边缘具有导电性,如金属和绝缘芯,这些材料在太阳能电池和纳米电子学中具有应用价值。

“对这些二维钙钛矿材料层边缘的类金属导电状态的观察为改善下一代光电子器件的性能和开发创新的纳米电子学提供了新的途径,”材料科学与工程助理研究教授Kai Wang说。在宾夕法尼亚州立大学和该研究的主要作者。

Wang和宾夕法尼亚州研究小组的研究小组在合成用于下一代太阳能电池的卤化铅钙钛矿材料时发现了这一发现。钙钛矿,具有良好吸收可见光的晶体结构的材料,是开发刚性和柔性太阳能电池的焦点领域,其可与商业上与硅制成的传统电池竞争。这些2D钙钛矿材料比硅更便宜,并且具有吸收阳光同样有效的潜力。

科学家表示,科学进展报道的研究结果为钙钛矿材料的电荷和能量流提供了新的见解,这对于技术的不断进步非常重要。

“我认为这项工作的优点在于我们发现了一种与核心相比具有完全不同特性的材料,”宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程教授兼研究副主席Shashank Priya说。“非常不寻常的是,电流可以在边缘流动而不是在材料的中心,这对太阳能电池架构的设计具有重大意义。”

2D钙钛矿材料由薄的,交替堆叠的有机和无机层组成。有机层保护卤化铅晶体的无机层免受水分的影响,这会降低3D版本的材料。这种分层结构导致沿垂直和平行方向的导电率的大的变化。

研究人员利用扫描和绘图技术发现,2D单晶的尖锐边缘表现出极大的自由载流子密度。

“这项工作揭示了晶体层边缘和核心区域之间光电特性的明显差异,这可以提供一些暗示,可以回答光电子领域中关于这些二维钙钛矿材料的其他重要问题,”Wang说。

研究人员表示,这些研究结果可以通过在设备内提供额外的电荷通路来提高太阳能电池和LED技术的性能。这些发现也为纳米电子学中创新的一维电传导的发展打开了大门。

“在这些材料的长度上,你有一个金属和半导体之间的连接点,并且有许多基于该连接点提出的假设装置,”Priya说。

研究人员称,由于边缘处存在强电流,2D钙钛矿晶体也可能成为摩擦电纳米发电机的良好选择。

纳米发电机将运动转换为电能,这可能导致可穿戴技术,使用光能和机械能以及输入为手机和其他设备充电。