Які органічно-неорганічні гібридні напівпровідники?

Органічні моноорганічні гібридні напівпровідники представляють собою клас матеріалів, які об'єднують молекулярні компоненти вуглецевої основі з неорганічними кристалічними мережами, найбільш часто метали халатами або оксидами металів. Особливістю цих гібридів є синергетична муфта між органічними та неорганічними фазами на молекулярному або нанорозмірному рівні, що дає змогу властивостям, які не є можливими за допомогою компонента окремо. Найвідомий приклад – це сімейство гібридних перовських матеріалів, таких як метиламіновий провідний іод (CH3NH3PbI3), де органічні катання в неорганічних структурах, де включаються органічнідний органічнідний оклюзований органічний окислотно-фектальні

Органічний компонент, як правило, забезпечує структурну гнучкість, технологічність розчину, і можливість налаштовувати рівні енергії через молекулярний дизайн. Неорганічний компонент пропонує високу зарядну рухливість, сильний світловий поглинання і надійну термостійкість. Інтерфейс між двома фазами часто дозволяє ефективно переносити заряд, розсіювання екзитону і легкої емісії. Ця гібридна архітектура дозволяє дослідникам інженерам розриви смуг, діелектричні константи, а також екзтону зв'язувати енергії над широким діапазоном, що робить ці матеріали, дуже адаптовані для конкретних вимог до пристроїв.

Ключові переваги над традиційними напівпровідниками

Органічні неорганічні гібриди пропонують кілька відмінних переваг при порівнянні з традиційними елементними (силікон, німецькими) або сполукними напівпровідниками (GaAs, InP):

  • Band розривний проникність: За зміною органічного катіонування, халід композиції, або товщини неорганічного шару, оптичний розрив смуги може бути безперервно відрегульований по видимому і ближнього інфрачервоного спектру. Це особливо цінний для тандемних сонячних клітин і кольорово-нездатних світлодіодів.
  • Продуктивність процесу: Багато гібридних напівпровідників можуть бути синтезовані і відкладені від розчину при низьких температурах, що дозволяє низькоконструкційне виготовлення таких як шпинделя, щілинне покриття, і струменеве друк. Це виключає необхідність дорогих методів вакуумного відкладення, що використовуються в традиційному напівпровідниковому виробництві.
  • Механічна гнучкість: Органічний компонент перешкоджає механічної гнучкості та навіть розтягуванню, що дозволяє гібридам напівпровідників інтегруватися в гнучкі дисплеї, зносостійкі датчики та конструктивні фотоелектричні пристрої.
  • Висока толерантність до дефектів: гібридні перовскиди експонують примітивну стійкість до точних дефектів і меж зерна, зберігаючи високу фотолюмінесцентність квантових врожаїв і довжину носіїв дифузії навіть в полікристалічних тонких плівках. Це значне від’їзд від традиційних напівпровідників, де дефекти зазвичай виступають як рекомбінаційні центри.
  • Cost-effness: Сировина для багатьох гібридів є рясними і вигідними, а маршрути синтезу часто приступають до навколишнього середовища. Це відкриває двері для масштабування, малокоштовного виробництва напівпровідників пристроїв.
  • Strong light-matter взаємодія: гібридні напівпровідники, як правило, мають високі коефіцієнти поглинання, що дозволяють тонко-фільтрувати пристрої з товщинами на замовлення сотні нанометрів, щоб захопити більшість випадкових світла.

Поточні заявки на водіння комерційні інтереси

Перовські сонячні клітини

Найвідомішим застосуванням органічно-неорганічних гібридних напівпровідників є на фотоелектричних пристроях. Перовські сонячні клітини досягають ефективності перетворення потужності, що перевищує 26% в одноз’єднаннях конфігурації, що конкурують кристалічний кремній. Можливість налаштовувати розрив смуги через халід змішування дозволяє споруджувати тандемні клітини, які попарюють перовсітні топові клітини з кремнієвою низовою коміркою, підштовхуючи ефективність вище 33%. Компанії, такі як Оксфорд ПВ і Longi, запустили комерційні модулі, які вважають цю технологію. Ключові токсичні водії є низькою вартістю, простоювим покриттям, що підвищується оперативна теплостійкість, а також на основі, що підвищується на довгострокові умови, що підвищують довгострокові умови, що підвищують довгострокові умови, що підвищення теплоти, що підвищення теплоти, що підвищення продуктивності.

Світло-витрата діодів (LEDs)

Гібридні перовкиди також показують виняткові якості емісійних шарів у світлодіодах. Перовські світлодіоди (PeLEDs) можуть досягати близькосності фотолюмінесцентних квантових врожаїв і вузьких лінійних пропусків, що робить їх привабливими для наступних регенераційних дисплеїв. За допомогою підстановки органічної катації (наприклад, формамідиніум, фенілетиламідом) або за допомогою шарованих квазі-2D структур, дослідники демонструють пристрої з зовнішніми квантовими ефективністю понад 20% в зелених, червоних і ближніх хвильових довжин. Гнучкість органічного компонента додатково дозволяє виготовлення розтягувальних або складових електронних приладів для легкого струму.

Фоторепортажі та датчики зображень

Висока коефіцієнт поглинання і тривалий термін служби гібридних напівпровідників перетворюються на відмінні можливості фотодетекції. Перовські фотодетектори були продемонстровані з чуйністю, що перевищує 10 А/Вт і виявленості, порівняні з комерційними діодами кремнію. Їх здатність бути відкладені безпосередньо на гнучкі субстрати дозволяють легкий, великий масив зображень. Наукові групи також розробили подвійний діапазон і рентгенівські детектори на основі перовських однокристалів, відкривання додатків в медичному візуалізації та сканування безпеки. Органічні неорганічні гібриди особливо підходять для широкосмугового фотодетектування, що охоплює ультрафіолет, до ближнього хвильового інфрачервоного випромінювання.

Датчики навколишнього середовища та газу

Електрична провідність і фотолюмінесцентність гібридних напівпровідників є високочутливими для поверхневих адсорбцій, що робить їх ефективними газовими датчиками. Наприклад, метиламіну свинцю іодіду плівки показують реверсивні зміни опору при впливі аміаку, вологості або волейних органічних сполук. Поєднання високорівневої поверхні з наноструктурованих морфологій і нездатних хімічних функцій з органічного компонента дозволяє вибіркову виявлення цільових аналит. Такі датчики можуть бути використані при кімнатній температурі з низькою споживаною потужністю, вигідно для портативних систем моніторингу навколишнього середовища.

Розробка та впровадження технологій

Адреса для стабільності та довговічності

Основним бар’єром для широкої комерціалізації гібридних напівпровідників є їх чутливість до кисню, вологи, тепла та світла. Методика акпсуляції, такі як анатомічне розкладання шарів бар’єру або інтеграції з 2D матеріалів, як графен, показали обіцянку в продовженні терміну експлуатації пристрою. Ще одним підходом є композиційна інженерія: заміна волейних органічних цицій з більшими, гідрофобними органічними молекулами або повністю неорганічними кесія-на основі. Дослідники також розвиваючі механізми самозбереження, де матеріал може ремонтувати світлоіндуковані пошкодження через перебігу мобільного іонування.

Безпровідні та екологічності матеріали

Екологічні проблеми над провідним змістом в найбільш ефективних гібридних перовах мають спрей пошук нетоксичних альтернатив. На основі перовкітів (наприклад, CsSnI3, FASnI3) пропонують подібні електронні властивості, але страждають від швидкого окислення. Під час досліджень Bismuth на основі подвійних перовкітів (наприклад, Cs2AgBiBr6) є стабільними і без свинцю, хоча їх продуктивність відстає позаду. Мідь і німецькі сполуки також підлягають дослідженню. Завдання полягає в тому, щоб підтримувати високу толерантність і мобілізацію носіїв свинцю при ліквідації токсичності.

Нові методи синтезу та депозиції

Для масштабування виробництва дослідники переходять за межі спинного покриття для масштабних методів, таких як покриття леза, блочного покриття, і пара-розклад. Випарна депозиція пропонує точний контроль над товщиною плівки і композиції, що дозволяє більш-менш-реа, безшумних плівок. Для розчинних процесів використання антирозчинної техніки, добавки, прекурсорної хімії, поліпшена кристалічність плівки і однорідність. Ще одним переднішим є синтез колоїдних нанокристалів гібридних напівпровідників, які можуть оброблятися як квантові точки для друкованих електронних видань.

Інтеграція з 2D Матеріалами та квантовими структурами

Комбінування органічно-неорганічних гібридів з 2D матеріалів, таких як графен, МоС2, або шестигранна нітридна корона відкриває нові архітектури пристрою. Наприклад, ван дер Вальс гетероструктури, які сендвіч-прокситний шар між графеновими електродами, показали ультрафастне фотодетектування і неволаючі наслідки пам'яті. Сильний шпинделя-орті в гібридах також робить їх цікавими для хребтових додатків. Крім того, шаровані гібридні перовки з органічними космічних з'єднань природним чином утворюють квантові добре структури, які ведуться для збудників і мереживаю.

Висновок

[LTFicon оновлюється в середовищі [LTF2] [LTF2] [LTF2 оновлюється в середовищі [LTF2] [LTF2]