Ученые научились точнее управлять свойствами 2D-перовскитов
Исследователи показали, как длина органических прослоек в двумерных перовскитах влияет на поведение экситонов — связанных пар электрона и «дырки». Это поможет заранее проектировать материалы для светодиодов, солнечных батарей и другой оптоэлектроники.
Источник: Новости науки/Professor Ki-Ha Hong from Hanbat National University
МОСКВА, 3 июля /Новости науки/. Ученые из Южной Кореи предложили способ точнее настраивать оптические свойства двумерных перовскитов — перспективных материалов для электроники нового поколения. Статью о своей работе авторы опубликовали в журнале Advanced Functional Materials.
Двумерные перовскиты интересны тем, что хорошо поглощают и излучают свет, а также могут быть устойчивее обычных трехмерных перовскитов. Такие материалы рассматривают для создания светодиодов, солнечных элементов, фотодетекторов и других устройств, где важно управлять движением энергии на молекулярном уровне.
«Наше исследование решает давнюю проблему в изучении 2D-перовскитов: при замене органической прослойки обычно одновременно меняются и диэлектрическая среда, и структура неорганической решетки. Из-за этого трудно понять, какой именно фактор управляет экситонными свойствами», — пояснил профессор Ки-Ха Хон.
Двумерные перовскиты устроены как слоеный материал: неорганические слои чередуются с органическими прослойками. В такой структуре возникают экситоны — связанные пары электрона и положительно заряженной «дырки». Именно они во многом определяют, как материал поглощает и испускает свет.
Авторы работы изготовили серию тонких пленок на основе свинцово-иодидных 2D-перовскитов. В них использовали органические прослойки с одинаковыми аммонийными группами, но с разной длиной углеродной цепочки. Это позволило менять расстояние между неорганическими слоями, почти не искажая саму свинцово-иодидную решетку.
Измерения показали необычную картину: при увеличении длины органических прослоек квазичастичная ширина запрещенной зоны росла, а энергия экситона почти не менялась. Это означает, что ключевую роль играет не столько перестройка кристаллической структуры, сколько изменение диэлектрического окружения экситонов.
Чтобы объяснить результаты, ученые использовали модель Келдыша, применяемую для описания экситонов в двумерных системах, а затем модифицировали ее с учетом конечной толщины органических прослоек. Обновленная модель хорошо совпала с экспериментальными данными и дала практическое правило для будущего проектирования подобных материалов.
По словам авторов, такой подход позволит на молекулярном уровне подбирать органические прослойки и заранее предсказывать, как они изменят энергию связи экситонов и энергетические уровни в 2D-перовскитах. Это важно для разработки более эффективных светящихся, фотоэлектрических и других оптоэлектронных материалов.
Двумерные перовскиты интересны тем, что хорошо поглощают и излучают свет, а также могут быть устойчивее обычных трехмерных перовскитов. Такие материалы рассматривают для создания светодиодов, солнечных элементов, фотодетекторов и других устройств, где важно управлять движением энергии на молекулярном уровне.
«Наше исследование решает давнюю проблему в изучении 2D-перовскитов: при замене органической прослойки обычно одновременно меняются и диэлектрическая среда, и структура неорганической решетки. Из-за этого трудно понять, какой именно фактор управляет экситонными свойствами», — пояснил профессор Ки-Ха Хон.
Двумерные перовскиты устроены как слоеный материал: неорганические слои чередуются с органическими прослойками. В такой структуре возникают экситоны — связанные пары электрона и положительно заряженной «дырки». Именно они во многом определяют, как материал поглощает и испускает свет.
Авторы работы изготовили серию тонких пленок на основе свинцово-иодидных 2D-перовскитов. В них использовали органические прослойки с одинаковыми аммонийными группами, но с разной длиной углеродной цепочки. Это позволило менять расстояние между неорганическими слоями, почти не искажая саму свинцово-иодидную решетку.
Измерения показали необычную картину: при увеличении длины органических прослоек квазичастичная ширина запрещенной зоны росла, а энергия экситона почти не менялась. Это означает, что ключевую роль играет не столько перестройка кристаллической структуры, сколько изменение диэлектрического окружения экситонов.
Чтобы объяснить результаты, ученые использовали модель Келдыша, применяемую для описания экситонов в двумерных системах, а затем модифицировали ее с учетом конечной толщины органических прослоек. Обновленная модель хорошо совпала с экспериментальными данными и дала практическое правило для будущего проектирования подобных материалов.
По словам авторов, такой подход позволит на молекулярном уровне подбирать органические прослойки и заранее предсказывать, как они изменят энергию связи экситонов и энергетические уровни в 2D-перовскитах. Это важно для разработки более эффективных светящихся, фотоэлектрических и других оптоэлектронных материалов.
