מה הם המוליכים למחצה ההיברידיים האורגניים?

מוליכים למחצה היברידיים אורגניים מייצגים מעמד של חומרים המשלבים מרכיבים מולקולריים מבוססי פחמן עם רשתות גבישי אורגני או אורגני, רוב halides מתכת או תחמוצת מתכת.התכונה המגדירה של היברידיות אלה היא ההפיכה הסינרגיסטית בין השלבים האורגניים והלאורגניים ברמת מולקולרית או ננומטרית אחרים, נותן עלייה לנכסים שאינם ניתנים להשגה על ידי רכיב בודד.

הרכיב האורגני בדרך כלל מספק גמישות מבנית, תהליך פתרון, ואת היכולת לכוון רמות אנרגיה באמצעות עיצוב מולקולרי.הרכיב האוורגוני מציע ניידות גבוהה של מטען-קר, ספיגה חזקה אור, ויציבות תרמית חזקה.הממשק בין שני השלבים מאפשר לעתים קרובות העברה יעילה, exciton dirg Association, פליטה אור.אדריכלות היברידית זו מאפשרת לחוקרים לערים, קבועים דיאלקטריים, ו exciton מחייבות רחבות על פני אנרגיות רחבות, מה שמאפשרות חומרים ספציפיים.

יתרונות מרכזיים על Semiconductors המסורתית

היברידיות אורגניות-איורגניות מציעות מספר יתרונות נפרדים בהשוואה לרכיב קונבנציונלי (סילייקון, גרמניה) או מוליכים למחצה מורכבים (GaAs, InP):

  • (FLT:0Band פער טונהביליה:FLT:1 על ידי שינוי התפאורה האורגנית, הרכב halide, או עובי של השכבה הלא אורגנית, פער הלהקה האופטי יכול להיות מותאם באופן רציף על פני הספקטרום הנראה והקרוב ל-infrared.זה בעל ערך במיוחד עבור תאים סולאריים טדאם LEDs צבעוניים.
  • (FLT:0) תהליך של הקלה:FLT:1ir מוליכים למחצה היברידיים רבים ניתן לסנתז ומופקדים מפתרון בטמפרטורות נמוכות, המאפשר טכניקות ייצור בעלות נמוכה כגון ספין, ציפוי חריץ-די, ו הדפסה דיוג'ט.זה מבטל את הצורך בשיטות של טיהור ואקום יקר המשמשות לייצור סמיכות מסורתיות.
  • (FLT:0) גמישות מכנית: FLT:1 המרכיב האורגני מעניק גמישות מכנית ואפילו מתוחות, ומאפשרים למוליכים למחצה היברידיים להשתלב בתצוגה גמישה, חיישנים עונדים, ומכשירים פוטו-וולטאטיים תואמים.
  • (FLT:0) סובלנות פגומה גבוהה:FLT:1 [היברויים ההיברידיים] מציגים עמידות יוצאת דופן עד לנקודות פגמים וגבולות דגנים, שמירה על תשואה קוונטית גבוהה ואורךיקוביות של נושאים ארוכים אפילו בסרטים דקים פוליקליים.זהו עזיבה משמעותית של מוליכים למחצה מסורתיים, שבו פגמים פועלים בדרך כלל כמרכזי שיקום.
  • (FLT:0) Cost-יעילות:FLT:1Build Materials חומרים עבור היברידיות רבות הם בשפע וזול, ואת נתיבי הסינתזה לעתים קרובות להמשיך בתנאים נוחים.זה פותח את הדלת לייצור בקנה מידה, נמוך בעלות נמוכה של מכשירים מוליכים למחצה.
  • (FLT:0) אינטראקציה קלה-חומרית: FIRLT:1 מוליכים למחצה היברידיים בדרך כלל יש חסכוניים ספיגה גבוהה, המאפשרים מכשירים דקים-סרט עם עוביים על סדר מאות ננומטרים ללכוד את רוב האור האירוע.

יישומים נוכחיים נהיגה באינטרסים מסחריים

תאי השמש Perovskite

היישום הבולט ביותר של מוליכים למחצה היברידיים אורגניים הוא בתקני photovoltaic. Perovskite סולרי תאים השיגו יעילות המרה כוח מעל 26% בתצורה של צו יחיד, יריב סיליקון גבישי.היכולת לכוון את פער הלהקה באמצעות לחות halide ערבוב מאפשר בנייה של תאים טנדם כי זוג העליון אלקסק עם תא סיליקון תחתית, דחיפה יעילות כמו גם חומרים מהירים יותר כמו אופטימיזציה של PV.

Light-Emitting Diodes (LEDs)

perovskites היברידית גם להראות הבטחה יוצאת דופן כמו שכבות שליחים LEDs. Perovskite LEDs (PeLEDs) יכול להשיג ליד ununity photoluminescence נכנעים ו פליטה צר קוwidths, מה שהופך אותם אטרקטיבי עבור תצוגות הדור הבא. על ידי החלפת אור אורגני (למשל, צורהמיום, phenylelammonium) או באמצעות מבנים קוונטיים יותר, 000 בהיר של קירור חיצוני, 000, 000, 000 בהיר יותר, 000, 000 בהיר יותר, 000.

Photodetectors ו- Image Sensors

קומפלקס הקליטה הגבוה ונושאי חיים ארוכים של מוליכים למחצה היברידיים מתרגמים ליכולות צילום מצוינות. Perovskite photodetecators הוכח עם Responsivities מעל 10 A / W וגילויים דומים לתמונות סיליקון מסחרי סיליקון סיליקון.היכולת שלהם להיות מופקד ישירות על תת-שכבות גמישות מאפשר מערכות מחקר הדמיה גדולות, גדול-area גם פותח כפול Xband-briite על גבי סוללותicated אבטחה.

חיישן סביבתי וגז

מוליכות חשמלית ו photoluminescence של מוליכים למחצה היברידי הם רגישים מאוד למודעות משטח, מה שהופך אותם חיישנים גז יעיל.לדוגמה, methylammonium מוביל iodide סרטים להראות שינויים התנגדות הפוכה כאשר נחשפים ל anmmonia, לחות, או תרכובות אורגניות תנודתיות. השילוב של שטח גבוה ממורולוגיות nanostructured ותפקוד כימי טונה מן המרכיב האורגני מאפשר ניטור של תאים עצביים של תאים פגומים יכול להיות מופעלים כגון טמפרטורה.

מחקר וכיוונים עתידיים

כתובת: Stability and Durability

המחסום העיקרי למסחר נרחב של מוליכים למחצה היברידיים, במיוחד perovskites, הוא הרגישות שלהם חמצן, לחות, חום ואור. טכניקות קיבולת, כגון שכבת אטומית של שכבות מחסום או שילוב עם חומרים 2D כמו גרפן, הראו הבטחה להאריך חיי מכשירים.עוד גישה נוספת היא הנדסה הרכבית: החלפת cations אורגניים חזקים עם גדול יותר, פובי או מולקולות אורגניות לחלוטין בתוך מנגנונים סביבתיים המבוססים על ידי ריפוי עצמי גם באמצעות מנגנונים ניידים.

חומרים ללא מטרות ו- Eco-Friendly Materials

חששות סביבתיים על תוכן מוביל ב perovskites היברידית היעיל ביותר עודדו את החיפוש חלופות לא רעילות. perovskites מבוסס Tin (למשל, CSnI3, FASnI3) מציעים תכונות אלקטרוניות דומות אבל סובלים מחמצן מהיר. Bismuth-based perovskites (למשל, Cs2AgBi6) הם סובלנות טבעית וסיכון מאחורי תרכובות המטען שלהם.

שיטות חדשות ופירוק

כדי להגדיל את הייצור, החוקרים נעים מעבר ציפוי לטכניקות מדרגיות כגון ציפוי להב, ציפוי חריץ-די, ו vapor deposition. Vapor deposition מציע שליטה מדויקת על עובי הסרט והרכב, המאפשרת גדול-area, סרטים ללא הפסקה. עבור תהליכים, השימוש של הנדסה אנטי-סולנית, תוספת, וכימיה יש שיפור גבישי ומדים של קוסמואליזם אחר, כמו קומפקטיים של אלקטרוניקה, כמו קומפקטית של אלקטרוניקה, קומפקטית, קומפקטית, קומפקטית של קומפקטית אלקטרוניקה היברידית, כמו אלקטרוניקה מורכבת.

שילוב עם חומרים 2D ומבנה קוונטי

שילוב של היברידיות אורגניות אורגניות עם חומרים 2D כמו גרפן, MoS2, או hexagonal בורון nitride פותח ארכיטקטורות מכשיר חדש.לדוגמה, ואן דר Waals hetero מבנים כי כרייך שכבת perovskite בין גרפים אלקטרודות הוכיחו phototection אולטרה מהיר אפקטים זיכרון לא רצוני.

מסקנה

(אוניברסאלי אורגני) המוליכים למחצה היברידיים עברו מסקרנות מעבדה לפלטפורמת עם השפעה טכנולוגית אמיתית.שילוב ייחודי של תכונות טונואלקטרוניקה, יעילות פתרון, וגמישות מכנית מדגישים אותם כחומרים מרכזיים עבור הדור הבא של אלקטרוניקה, המרת אנרגיה, וחישה של אתגרים הקשורים ליציבות סביבתית ולהתאמה, קצב ההתקדמות מציע כי חומרים מסחריים, מעשיים קיימא, בטווח שבין 2, כדי להמשיך את ההתקדמות הבין-תחומית: