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2D光电材料将成为石墨烯的竞争对手?

导读: 科学家发现,热门的太阳光电材料钙钛矿(perovskite)若生长在一个原子厚度的混合单层上,其性能可媲美石墨烯(graphene)。

  科学家发现,热门的太阳光电材料钙钛矿(perovskite)若生长在一个原子厚度的混合单层上,其性能可媲美石墨烯(graphene)。

  美国能源部(DoE)所赞助的一个研究团队表示,热门的太阳光电材料钙钛矿(perovskite)若生长在一个原子厚度的混合单层(hybridmonolayers)上,其性能可媲美石墨烯(graphene)。

  而且这种高能量材料的生长过程比石墨烯简单,能经过掺杂(dope),制造性能超越其他具备可调谐电/光特性之2D材料的不同种类离子半导体(ionicsemiconductor)元件;研究人员表示:“高品质的2D晶体展现高效率的光激发光(photoluminescence)特性,并可透过改变薄片的厚度或是合成相关材料来调整颜色。”

  2D纳米材料已经是整个半导体产业积极研究的主题,因为这类仅有单一个原子厚度的材料标志着半导体制程微缩的最终路线;此外2D材料展现的电子特性不但独特还能在某些状况下呈倍数增加,而且仅需数个原子厚度的薄膜。

  因此能源部决定调查原子级厚度混合有机-无机钙钛矿薄片的电子特性,以将之作为更容易制造的石墨烯或是更罕见材料配方的替代品;能源部指出,因为太阳光电对光线敏感,混合2D钙钛矿不只是具潜力的矽太阳能电池材料接班人,也可以被应用于其他光电领域,例如光探测器(photodetector)、发光二极体(LED)以及雷射等等。

  原子级厚度单层薄膜的空位缺陷(vacancydefect),能透过掺杂达到想要的光电特性

  (来源:JinhuaHonget.al.)

  科学家们制作了新型态的原子级厚度混合有机-无机钙钛矿2D薄片,并首度展现该种材料能在光电应用上媲美半导体材料;接下来他们将展现这种材料做为其他2D半导体材料的替代品之潜力,包括能替代矽在未来电子元件中的应用。换句话说,混合有机-无机钙钛矿薄片,也可能与石墨烯、氮化硼(boronnitride)、二硫化钼(molybdenumdisulfide)等等,被广泛研究的矽材料接班人同台竞争。

  混合有机-无机钙钛矿是在室温下由溶液长晶,晶体大小约10微米(micron);这些晶体在结晶化的过程中松弛,其能隙(bandgap)也会随之改变。藉由控制结晶化的速度,能源部期望能驾驭可变的能隙特性,来控制其发光颜色以及其他先进的电/光特性。

  科学家以钙钛矿材料制作原子级厚度薄膜,这种2D薄片发光颜色(即波长)能透过改变厚度与成份来调整

  (来源:AAAS)

  编译:JudithCheng

  (参考原文:2-DPVtoRivalGraphene,byR.ColinJohnson)eettaiwan 

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