Nanotechnology Now – Pressemitteilung: Elektrochemische Perowskit-Zelle mit neuartigem Design für Lichtemission und Lichtdetektion

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Perowskit-Silizium-integrierte elektrochemische Zelle mit Doppelfunktion CREDIT OEA

Perowskit-Silizium-integrierte elektrochemische Zelle mit Doppelfunktion CREDIT
OAS

Abstract:
In einer neuen Veröffentlichung von Opto-Electronic Advances, 10.29026/oea.2023.220154, werden neuartige elektrochemische Perowskitzellen für die Lichtemission und Lichtdetektion erörtert.

Elektrochemische Perowskit-Zelle mit neuartigem Design zur Lichtemission und Lichtdetektion

Sichuan, China | Gepostet am 12. Mai 2023

Obwohl lichtemittierende Halogenid-Perowskit-Bauelemente außergewöhnliche Eigenschaften wie hohe Effizienz, hohe Farbreinheit und ein breites Farbspektrum aufweisen, leidet ihre industrielle Integration im Allgemeinen unter der technologischen Komplexität der mehrschichtigen Struktur der Bauelemente und der geringen Stabilität durch im Betrieb verursachte Erwärmung. Lichtemittierende elektrochemische Halogenid-Perowskit-Zellen sind eine neuartige Art optoelektronischer Perowskit-Geräte, die sich von den Perowskit-Leuchtdioden durch eine einfache einschichtige Architektur unterscheiden. Die in der Arbeit beschriebene lichtemittierende elektrochemische Perowskit-Zelle besteht aus einem Siliziumsubstrat, einer multifunktionalen einzelnen Perowskit-Verbundschicht (einer Mischung aus Halogenid-Perowskit-Mikrokristallen, einer Polymerträgermatrix und hinzugefügten mobilen Ionen) und einem transparenten einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrenfilm-Oberkontakt . Aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit von Silizium erfährt das Gerät im Betrieb eine um 40 % geringere thermische Erwärmung im Vergleich zu herkömmlichen ITO/Glas-Substraten. Wenn eine positive Vorspannung an das Gerät angelegt wird, ergibt sich darüber hinaus eine Leuchtdichte von mehr als 7000 cd/m2 bei 523 nm (grüne Farbe). Wenn eine negative Vorspannung an das Gerät angelegt wird, arbeitet es als Fotodetektor mit einer Empfindlichkeit von bis zu 0.75 A/W (für Wellenlängen im blauen oder UV-Bereich), einem spezifischen Detektionsvermögen von 8.56∙1011 Jones und einem linearen Dynamikbereich von 48 dB. Das technologische Potenzial eines solchen Geräts wird durch die Demonstration eines 24-Pixel-Indikatordisplays sowie durch die erfolgreiche Miniaturisierung des Geräts durch die Erstellung von Elektrolumineszenzbildern mit kleinsten Merkmalen von weniger als 50 μm bewiesen.

Die lichtemittierenden elektrochemischen Perowskit-Zellen sind eine praktikable Alternative zu den herkömmlichen lichtemittierenden Forschungsdioden aus Perowskit-Material. Nicht nur, dass lichtemittierende elektrochemische Perowskit-Zellen eine viel einfachere Architektur und ein viel einfacheres Design mit einer einzigen Funktionsschicht erfordern, die mehrere aktive, Ladungstrennungs- und Transportschichten von lichtemittierenden Perowskit-Dioden ersetzt, sondern auch lichtemittierende elektrochemische Perowskit-Zellen können alles besitzen außergewöhnliche Eigenschaften von LEDs, wie hohe Effizienz, hohe Farbreinheit und breiter Farbraum. Der Grund, warum lichtemittierende elektrochemische Perowskit-Zellen dazu in der Lage sind, unterscheidet sich völlig vom Funktionsprinzip von LEDs: Wenn eine elektrische Vorspannung an das Gerät angelegt wird, wandern mobile positive und negative Ionen innerhalb der Perowskit-Schicht zu den entsprechenden Elektroden und bilden dynamisch eine Pin-Struktur innerhalb der Perowskitschicht, die eine effektive Elektron-Loch-Rekombination mit Photonenemission ermöglicht! Umfassende Forschung zu verschiedenen Alternativen zur herkömmlichen LED-Technologie ist eine wertvolle Quelle für die Diversifizierung des Pools industrieller Möglichkeiten.

Das berichtete Gerät weist außergewöhnliche Lichtemissions- und Lichterkennungseigenschaften („doppelte Funktionalität“) sowie eine verbesserte Heizbeständigkeit im Betrieb auf. Dies ist aufgrund der Verwendung von Siliziumsubstrat im Design der lichtemittierenden elektrochemischen Perowskit-Zellen möglich. Siliziummaterial ist eines der Sprungbretter der CMOS-Technologie – der komplementären Metalloxid-Halbleitertechnologie – einer Technologie, die bei der Herstellung aller Halbleiterchips, Displays usw. verwendet wird. Die Integration eines so aufkommenden Materials wie Perowskitmaterial mit Silizium bringt der F&E-Gemeinschaft eine neue Dimension Wir kommen dem Erhalt einer industriellen lichtemittierenden elektrochemischen Perowskit-Zelle einen Schritt näher.

Zu guter Letzt ist der breitere Kontextvorteil des berichteten Gerätedesigns seine ITO-freie transparente Elektrode auf Basis einwandiger Kohlenstoff-Nanoröhrchen. ITO – Indium-Zinn-Oxid – ist ein transparentes leitfähiges Material, das häufig in der Perowskit-Photovoltaik und Optoelektronik verwendet wird. Indium ist ein abbauendes Element und daher würde der Ersatz von ITO durch andere Materialien, die auf in der Erde vorkommenden Elementen basieren, dazu beitragen, den Indiummangel in der Industrie zu beheben.

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Das vorliegende Projekt ist das Ergebnis einer florierenden Zusammenarbeit zwischen der Alferov-Universität und der ITMO-Universität, beide in St. Petersburg (Russland). Der Zweck der Forschungsgruppe von Prof. Ivan Mukhin (Labor für erneuerbare Energiequellen) von der Alferov-Universität besteht darin, den Horizont der konventionellen Halbleiter (Halbleiter der Si- und III-V-Gruppe), der Elektronik und der Optoelektronik durch innovative Gerätedesigns (flexible und dehnbare Elektronik) zu erweitern. und mit originellen Ideen in der Materialsynthese und -herstellung (unter Ausnutzung niedrigdimensionaler Strukturen wie Halbleiter-Nanodrähten). Die Forschungsgruppe von Prof. Sergey Makarov (Laboratorium für Hybrid-Nanophotonik und Optoelektronik) von der ITMO-Universität konzentriert sich nicht nur auf Grundlagenforschung im Bereich der Halogenid-Perowskit-Photonik und nichtlinearen Optik, sondern investiert auch enorme Anstrengungen in die Entwicklung von Photovoltaik und Optoelektronik Perowskit-Geräte, Verbesserung ihrer Stabilität und ihrer industriellen Integration.

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Über Compuscript Ltd
Opto-Electronic Advances (OEA) ist eine hochwirksame, frei zugängliche, von Experten begutachtete monatliche SCI-Zeitschrift mit einem Impact-Faktor von 8.933 (Journal Citation Reports für IF2021). Seit seiner Einführung im März 2018 wurde die OEA im Laufe der Zeit in den Datenbanken SCI, EI, DOAJ, Scopus, CA und ICI indexiert und ihr Redaktionsgremium auf 36 Mitglieder aus 17 Ländern und Regionen erweitert (durchschnittlicher h-Index 49).

Die Zeitschrift wird vom Institut für Optik und Elektronik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften herausgegeben und zielt darauf ab, Forschern, Akademikern, Fachleuten, Praktikern und Studenten eine Plattform für die Vermittlung und den Austausch von Wissen in Form hochwertiger empirischer und theoretischer Forschungsarbeiten zu bieten den Themen Optik, Photonik und Optoelektronik.

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Quelle: http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=57337

Zeitstempel: 16. Mai 2023