Wandern von Ionen durch die Perowskitschicht in zwei Dimensionen

Die elektrostatische Gabe wird x-mal in niedrigdimensionalen Materialien verwendet, einschließlich Kohlenstoffnanoröhren (CNT) und zweidimensionalen (2D) Materialien wie Graphen und Übergangsmetalldichalkogeniden (TMDs). Im Unterschied zur herkömmlichen Gitterdotierung mit Fremdatomen ist es aufgrund des begrenzten physikalischen Raums schwierig, eine Gabe in nanoskaligen Materialien zu gelingen. Dasjenige elektrostatische Stiften eröffnet vereinen effektiven Weg, um die Ladungsträger in Materialien im Nanomaßstab abzustimmen, ohne Fremdatome einzuführen, die die atomare Qualität stören und die intrinsischen elektronischen Eigenschaften dieser Materialien im Nanomaßstab verschlechtern können.

In einem neuen Begleiter, dieser in eLight veröffentlicht wurde, hat ein Team von Wissenschaftlern unter dieser Pipeline dieser Professoren Sung-Joon Lee und Hung-Chieh Cheng von dieser University of California in Niete Angeles ein Methylammonium-Pb-Jodid-Perowskit (CH3NH3PbI3)/2DSC-Heteroübergangsgerät entwickelt.

Kürzlich wurden ionische Festkörper zur Erzeugung eines pn-Übergangs in einschichtigen 2D-Materialien untersucht. Die eingefrorenen beweglichen Ionen liefern elektrostatische Felder, um die Ladungsträgerdichte des darunter liegenden halbleitenden 2D-Kanals zu modulieren. Aufgrund dieser wohldefinierten Form ionischer Festkörper ermöglicht die lokale Leistungsnachweis dieser Gabe hinaus 2D-Halbleitern (2DSCs) verschiedene Designs zur Integration von elektronischen/optoelektronischen Festkörpergeräten mit minimalem Nebensprechen. Die Zugriff von Silberionen in festem superionischem Silberiodid (AgI) wurde zum Individuell einrichten des Trägertyps von 2DSCs verwendet, um reversibel programmierbare Transistoren, Dioden, Fotodioden und Logikgatter zu gelingen.

Die Monoschicht-TMDs wurden in neuartigen optoelektronischen Anwendungen wie elektrisch abstimmbaren Leuchtdioden (LEDs), Gate-gesteuerten pn-Übergangsdioden und Solarzellen weit verbreitet. Die Monoschicht-TMDs weisen jedoch manche intrinsische Säumen für jedes optoelektronische Hochleistungsanwendungen hinaus. Dieser Installation von Dotierungsverunreinigungen in die unteilbar dünnen 2D-Raster wurde prinzipiell durch den physikalischen Raum in den unteilbar dünnen Gittern limitiert.

Es war eine ständige Herausforderung, den Ladungsdotierungstyp/die Ladungsdichte in Monoschicht-2DSCs unter Verwendung ausgewählter Gitterdotierungsstoffe maßzuschneidern. Folglich werden die aus 2DSCs hergestellten pn-Fotodioden x-mal von nicht idealen Kontakten hinaus dieser p- oder n-Seite geplagt, welches die erreichbare Leerlaufspannung (VOC) limitiert. Darüber hinaus sind die Gesamtlichtabsorption und die spektrale Trennschärfe von 2DSCs prinzipiell durch ihre unteilbar dünne Topologie limitiert. Es beeinträchtigt die Phototrägererzeugungseffizienz und die erreichbare externe Quanteneffizienz (EQE).

Beträchtliche Anstrengungen wurden unternommen, um solche intrinsischen Beschränkungen zu besiegen, während sie heterogen mit anderen wohlbekannten optoelektronischen Materialien integriert wurden. Etwa hat sich die Verpflichtung mit organischen Farbstoffmolekülen denn effektive Strategie zur Steuerung seiner optoelektrischen Eigenschaften erwiesen. Zwitterhaft-Bleihalogenid-Perowskite (LHPs) nach sich ziehen aufgrund ihrer hervorragenden optoelektronischen Leistung und niedrigen Herstellungskosten große Hinblick für jedes die Photovoltaik erhalten.

Unlust ihres außergewöhnlichen Potenzials werden die ionischen LHPs mit „weichem Raster“ typischerweise von Ionenwanderungen unter Vorspannung geplagt, welches zu einer schlechten Materialstabilität und einer großen Hysterese in den spannungsabhängigen Photoströmen führt. Die Wanderung von positiv oder negativ geladenen Ionen könnte unter angelegten elektrischen Feldern eine Ionenakkumulation oder ein Ungleichgewicht dieser Ionenladung induzieren. Hier nutzen wir ein solches Ionenladungsungleichgewicht in LHPs, um eine reversible Gabe in nahe gelegenen 2DSCs zu induzieren, um Hochleistungs-Fotodioden zu erzeugen.

Methylammoniumbleiiodid (CH3NH3PbI3 oder MAPbI3) ist dasjenige prominenteste Denkweise für jedes LHPs mit ausgezeichneter optischer Aufsaugen und photoresponsiven Eigenschaften, wird dennoch ernsthaft von ionischer Regung geplagt. Obwohl dies für jedes vereinen stabilen Unternehmen von Solarzellenanwendungen unerwünscht ist, kann die Akkumulation von Ionenladung aus dieser vorspannungsinduzierten Ionenmigration in MAPbI3 für jedes die selektive Gabe nahe gelegener 2DSCs genutzt werden, um Perowskit-sensibilisierte 2D-Fotodioden mit hoher optoelektronischer Leistung zu erzeugen.

In dieser Hinsicht sind die unteilbar dünnen 2DSCs ideal für jedes eine effiziente Kopplung mit den ionischen Festkörpern probat. Sie wirken denn nicht-kovalentes Dotierungsmittel, um den rekonfigurierbaren p-Typ- oder n-Typ-Dotierungseffekt reversibel zu induzieren. Ein solcher abstimmbarer Dotierungseffekt bietet ferner eine neue Stil von 2DSC-basierten Fotodioden mit schaltbaren Polaritäten. Mit dieser Van-der-Waals-Integration von ionischen Festkörpern mit hervorragenden optoelektronischen Eigenschaften eröffnen die aus dem ionischen Dotierungseffekt gebildeten 2D-Dioden eine effiziente Möglichkeit, photogenerierte Ladungsträger in MAPbI3 zu extrahieren.

Forschungsbericht: Bleihalogenid-Perowskit-sensibilisierte WSe2-Fotodioden mit ultrahohen Leerlaufspannungen

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Changchun Institut für jedes Optik, Feinmechanik und Physik

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