钙钛矿纳米晶体具有非凡的能量传输特性

生产清洁能源、降低照明和个人设备的功耗是减少现代文明对环境影响的关键挑战。因此,对太阳能电池和发光器件的需求激增,促使科学家探索新的半导体材料,提高其性能,同时降低生产成本。欧洲杯足球竞彩

半导体纳米晶体(材料的尺寸约为10纳米,大约是我们头发的欧洲杯足球竞彩10000倍薄)在这些应用中有着巨大的前景:它们生产成本低,可以很容易地集成到这些设备中,与散装的同类产品相比,它们与光的相互作用具有异常增强的特性。

这种与光的强耦合使它们比传统半导体具有独特的优势,从而为高效器件铺平了道路。

不幸的是,这种优势是有代价的:当半导体的尺寸减小时,电子就不能在材料上自由移动了,因为它们的物理尺寸受到了限制。

此外,它们更大的表面需要使用钝化策略(例如,与有机配体),以减少陷阱,可能会无意中影响电荷传输甚至进一步。因此,纳米晶体的实际广泛应用受到限制,其破坏潜力无法得到开发。

在一篇发表于光:科学与应用欧洲杯线上买球,新加坡南洋理工大学(NTU)的蔡建森教授领导的一组科学家发现,由卤化物钙钛矿构成的纳米晶体具有非凡的能量传输特性,取代了电荷的传输,并可能为这些材料在高效率设备中的应用开辟新的途径。欧洲杯足球竞彩

Sum教授和他的团队已经率先研究了这些材料中的电荷传输。欧洲杯足球竞彩2013年,该团队报告了大块卤化物钙钛矿前所未有的电子传输特性,这一发现为卤化物钙钛矿在接下来几年的成功奠定了基础。

在这项工作中,Sum教授的团队展示了令人惊讶的是,纳米晶体制成的薄膜可以非常高效地传输能量。该团队使用显微镜成像系统,以其强烈的发光作为探针来“可视化”能量传输,如图1所示。

虽然负电荷和正电荷(分别是电子和空穴)不能单独在这种纳米结构材料内部移动,但它们可以组合在一起,形成所谓的“激子”一起移动,如图2所示。

这些材料的能量迁移率比硒化镉(CdSe)量子点等其他传统纳欧洲杯足球竞彩米结构的能量迁移率高出一个数量级以上。此外,与电荷在大块卤化物钙钛矿中的作用相比,能量甚至可以在这些材料中进一步传播。欧洲杯足球竞彩

这一结果是前所未有的。当你减小材料的尺寸时,通常意味着你减小了电荷在材料内部的最大移动距离。然而,在卤化物钙钛矿中,当你把它们的尺寸减小到量子尺寸时,这些电荷设法将自己排列成激子,并找到一种不同的旅行方式。他们现在的行程甚至比你缩小他们的尺寸之前的初始行程还要长!"该研究的两位主要作者戴维·乔瓦尼(David Giovanni)和马塞洛·瑞耶托(Marcello Righetto)博士说。

在这里,我们发现了两种能量传输机制:激子在不同的纳米晶体之间非常有效地“跳跃”,并且它们的传输通过被捕获在薄膜中的发射光来辅助,因此被重新吸收。科学家首次提供了一种区分这两种贡献的方法。

虽然在实际设备上直接实现这些非凡特性的下一个挑战仍然存在(即激子必须被分裂成正负电荷以产生可检测的电流),但远程能量传输及其机制的发现提供了利用纳米结构进入设备的新方法。

资料来源:http://english.ciomp.cas.cn/

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