Twee/quasi-tweedimensionale op perovskiet gebaseerde heterostructuren: constructie, eigenschappen en toepassingen

Van der Waals heterostructuren geïntegreerd uit verschillende tweedimensionale (2D) gelaagde materialen bieden fundamentele bouwstenen voor opto-elektronische apparaten met nieuwe functionaliteiten, zoals fotovoltaïsche zonnecellen, lichtemitterende diodes (LED’s) en fotodetectoren. Tweedimensionale en quasi-tweedimensionale perovskieten (hierna afgekort als 2D perovskieten) vertonen unieke eigenschappen, zoals grote excitonbindingsenergie, hoge fotoluminescentie-kwantumefficiëntie, grote oscillatorsterkten en lange draaggolfdiffusielengte, en zijn dus opkomende kandidaten voor de volgende generatie opto-elektronische apparaten.

Hiertoe kunnen heterostructuren die verschillende gelaagde 2D-perovskieten bevatten met andere gelaagde of niet-gelaagde materialen unieke optische en opto-elektronische eigenschappen introduceren en de potentiële functionaliteiten en toepassingen van de heterostructuren enorm uitbreiden.

Publiceren in de Internationaal tijdschrift voor extreme productieheeft het team onder leiding van onderzoekers van de Huazhong University of Science and Technology de recente prestaties van op 2D / quasi-2D op perovskiet gebaseerde heterostructuren samengevat om de ontdekking van onontgonnen verschijnselen te vergemakkelijken en een nieuwe reeks opto-elektronische toepassingen te openen.

Het team introduceerde de structuur en fysieke eigenschappen van 2D/quasi-2D perovskieten en besprak vervolgens de constructie en karakterisering van op 2D/quasi-2D perovskiet gebaseerde heterostructuren en benadrukte ook de prominente optische eigenschappen van de geconstrueerde heterostructuren. Verder werden de potentiële toepassingen van 2D/quasi-2D op perovskiet gebaseerde heterostructuren in fotovoltaïsche apparaten, lichtgevende apparaten, fotodetectoren/fototransistors en valleytronische apparaten gedemonstreerd. De uitdagingen en perspectieven op het gebied van op 2D perovskieten gebaseerde heterostructuren werden ook geschetst.

De hoofdonderzoeker, professor Dehui Li, merkte op: “De rijke elektronische en optische fysica van 2D-perovskieten maakt ze veelbelovend voor opto-elektronische toepassingen. De elektronische structuur van 2D-perovskieten kan efficiënt worden gemoduleerd door de laagnummer n-waarde te wijzigen, vervangen door halide-anionen en het opnemen van organische ketens, die hun optische prestaties verder wijzigen, wat zowel voor- als nadelen met zich meebrengt voor opto-elektronische toepassingen.”

“De synthese van pure fase quasi-2D perovskieten en heterostructuren op grote schaal op een controleerbare manier ontbreekt echter nog steeds. In deze review hebben we alle ontwikkelde methoden samengevat om 2D perovskiet en heterostructuren voor te bereiden, wat nuttig zou zijn om nieuwe strategieën te verkennen. voor materiaalvoorbereiding.”

Heterostructuurconstructie legde de basis voor opto-elektronische apparaatarchitecturen en toepassingen. Er zijn verschillende technieken ontwikkeld om 2D heterostructuren van perovskiet te bouwen, waaronder droge overdracht, oplossingssynthese en dampafzetting. Bovendien zijn optische spectra, fase-identificatie en karakterisering van de oppervlaktemorfologie de gebruikelijke methoden om de geconstrueerde heterostructuren te karakteriseren.

Co-eerste auteur Dr. Haizhen Wang zei: “Optische eigenschap is een fascinerend functioneel aspect van op 2D perovskiet gebaseerde heterostructuren, die niet alleen de fysieke basiseigenschappen van 2D perovskieten erven, maar ook rijke nieuwe fotofysica laten zien die niet in elk samenstellend materiaal wordt vertoond. .”

Op 2D perovskiet gebaseerde heterostructuren bieden dus een ideaal platform om de processen van lading/energieoverdracht, door ionenmigratie geïnduceerde optische eigenschappen en niet-lineaire optische effecten te bestuderen. Studies over deze aspecten bevinden zich echter nog in een voorbereidend stadium en nader onderzoek is geboden.

Co-eerste auteur Ph.D. student Yingying Chen zei: “2D-perovskieten kunnen worden gestapeld met andere materialen om heterostructuren tot stand te brengen met verschillende banduitlijningen, die type I of type II kunnen zijn op basis van verschillende bestanddelen in heterostructuren die leiden tot verschillende opto-elektronische toepassingen.”

In deze review zijn de prestaties van fotovoltaïsche apparaten, fotodetectoren, lichtgevende apparaten, fototransistors en valleytronic-apparaten op basis van verschillende 2D perovskiet-heterostructuren gesorteerd en besproken.

Prof. Dehui Li zei: “De uitstekende optische en opto-elektronische eigenschappen van 2D-perovskiet-gebaseerde heterostructuren hebben geleid tot een breed scala aan toepassingen in optica en opto-elektronica. In dit stadium doen zich echter nog veel problemen voor, waaronder de rationele synthese van pure fase 2D perovskieten en hun heterostructuren op grote schaal op een beheersbare manier, waardoor hun fundamentele fysische eigenschappen diepgaand worden begrepen en hun potentiële nieuwe opto-elektronische toepassingen volledig worden onderzocht.”

“Wij geloven dat er meer op 2D perovskiet gebaseerde heterostructuren met nieuwe functionaliteiten zullen worden geconstrueerd, gebruikmakend van de grote flexibiliteit in samenstelling, structuur en eigenschappen van 2D perovskieten.”