Vloeibare kristalmethode maakt grootschalige productie van uniforme perovskiet nanokristallen mogelijk

Een onderzoeksteam bij Postech heeft een methode ontwikkeld voor het synthetiseren van perovskiet-nanokristallen (PNC’s), een halfgeleidermateriaal van de volgende generatie, op een meer uniforme en efficiënte manier. Deze studie zal naar verwachting dienen als een belangrijke doorbraak bij het overwinnen van de complexiteit van conventionele synthesemethoden en het versnellen van de commercialisering van verschillende opto-elektronische apparaten, zoals lichtemitterende diodes (LED’s) en zonnecellen, die gebruik maken van nanokristallen.

Deze studie werd uitgevoerd door professor Young-Ki Kim en professor Yong-Young Noh van het Departement Chemical Engineering aan Postech, samen met Ph.D. Kandidaat Jun-Hyung IM, Dr. Myeonggeun Han (Samsung Electronics) en Dr. Jisoo Hong (Princeton University). Het onderzoek was onlangs gepubliceerd in ACS nano.

PNC’s hebben een groot potentieel in zonnecellen van de volgende generatie en zeer efficiënte displays, omdat hun vermogen om licht te absorberen en uit te stoten nauwkeurig kan worden geregeld op basis van deeltjesgrootte en vorm door het kwantumbeperkingseffect.

Conventionele methoden die worden gebruikt om PNC’s zoals hot-injectie en ligand-geassisteerde reprecipitatie (LARP) te synthetiseren, hebben echter beperkingen bij het produceren van uniforme en gevormde deeltjes vanwege hoge synthesetemperaturen en complexe experimentele omstandigheden. Als gevolg hiervan waren aanvullende verwerkingsstappen vereist om deeltjes te verkrijgen met de gewenste eigenschappen, die op hun beurt de productiviteit en beperkte industriële toepassingen verminderden.

Het onderzoeksteam van Postech heeft een synthesemethode ontwikkeld die precies de grootte en vorm van PNC’s regelt met behulp van een vloeibaar kristal (LC) als een antisolvent in de LARP -methode. LC is een tussenliggende fase van materie die zowel vloeistofachtige vloeibaarheid als kristalachtige langetermijnmoleculaire ordening bezit. In LC -fasen worden moleculen uitgelijnd met een voorkeursoriëntatie (gedefinieerd door de directeur), wat leidt tot elasticiteit. Daarom, wanneer een externe kracht wordt uitgeoefend op een LC -medium, worden LC -moleculen heroriënteerd en produceren ze aanzienlijke elastische stammen.

Geïnspireerd door deze eigenschap beheerste het team precies de groei van PNC’s door eenvoudigweg het antisolvent in de conventionele LARP -methode te vervangen door LC met behoud van de andere synthese -omstandigheden. De elastische stammen van LC’s beperkten de groei van PNC’s bij het bereiken van de extrapolatielengte (ξ) van LC’s, waardoor massaproductie van uniforme PNC’s mogelijk is zonder de noodzaak van extra zuiveringsprocessen.

Het onderzoeksteam ontdekte ook dat de interactie tussen liganden die binden aan het oppervlak van PNC’s en LC -moleculen een cruciale rol speelt bij het verminderen van oppervlaktefouten. Aangezien LC-moleculen een lange, staafachtige structuur hebben, kunnen liganden tussen hen dicht worden gerangschikt. Dientengevolge binden liganden dichter aan het oppervlak tijdens de vorming van de nanokristallen, waardoor oppervlaktedefecten worden geminimaliseerd en luminescentie -eigenschappen wordt verbeterd.

Professor Kim legde uit: “De door ons onderzoeksteam ontwikkelde synthesemethode is zeer compatibel met bestaande synthesetechnieken, zoals liganduitwisseling en microfluïdische synthese, en zal de prestaties van verschillende opto -elektronische apparaten, waaronder LED’s, zonnecellen, lasers en fotodetectoren, verbeteren.

“Deze technologie maakt de grootschalige productie van uniforme, krachtige nanokristallen bij kamertemperatuur mogelijk, en we verwachten dat het zal helpen de commercialisering van op nanokristal gebaseerde opto-elektronische apparaten te versnellen.”