Làm sáng tỏ nguồn gốc hiệu ứng quang điện trong Perovskites hữu cơ-vô cơ

Được xuất bản lại bởi Plato

Người theo dõi: 0

Tháng Mười Hai 26, 2023

(Tin tức Nanowerk) Một nhóm do các nhà nghiên cứu RIKEN dẫn đầu đã nghiên cứu cách các tinh thể đặc biệt chuyển đổi ánh sáng thành điện năng (Angewandte Chemie, “Hiệu ứng quang điện lớn dọc theo trục không phân cực trong perovskites lai hữu cơ-vô cơ”). Phát hiện của họ sẽ giúp cung cấp thông tin cho những nỗ lực cải thiện hiệu quả của chúng, điều này có thể dẫn đến việc sử dụng tinh thể trong pin mặt trời. Pin mặt trời chuyển đổi ánh sáng thành điện năng bằng một hiện tượng gọi là hiệu ứng quang điện. Phần lớn pin mặt trời bao gồm hai chất bán dẫn được ghép lại với nhau – một chất dư thừa electron và chất kia thiếu electron. Điều này là do thiết lập có hiệu suất chuyển đổi cao. Nhưng một hiệu ứng quang điện khác cũng đang thu hút sự chú ý – hiệu ứng quang điện khối, được gọi như vậy vì nó chỉ liên quan đến một vật liệu duy nhất. Mặc dù hiệu suất chuyển đổi của nó hiện khá thấp nhưng nghiên cứu gần đây đã đề xuất các cách để cải thiện hiệu quả của nó. Sơ đồ minh họa hiệu ứng quang điện số lượng lớn dọc theo trục không phân cực của perovskite lai hữu cơ-vô cơ. Mũi tên màu vàng tượng trưng cho một photon ánh sáng, trong khi các đám mây màu xanh lam và xanh lục lần lượt tượng trưng cho một electron và một lỗ trống. Mũi tên màu đỏ là trục phân cực. (© WILEY-VCH Verlag) Đã có nhiều tranh luận về cách thức hoạt động của hiệu ứng quang điện số lượng lớn. Ban đầu người ta cho rằng điện trường sinh ra bởi sự phân cực bên trong vật liệu đã gây ra hiệu ứng này, nhưng một lời giải thích mới gần đây đang được chú ý nhiều hơn. Trong cơ chế mới này, ánh sáng làm dịch chuyển các đám mây điện tử trong vật liệu và những dịch chuyển này lan truyền, tạo ra dòng điện. Dòng điện này có các đặc tính hấp dẫn, bao gồm phản ứng cực nhanh và lan truyền không tiêu tán. Vật liệu lai hữu cơ-vô cơ perovskites (OIHP) có tiềm năng lớn để chế tạo các thiết bị quang điện tử. Hiệu ứng quang điện số lượng lớn trong OIHP thường được gán cho cơ chế phân cực vĩ mô cũ. Taishi Noma thuộc Trung tâm Khoa học Vật chất Mới nổi RIKEN nhận xét: “Điện trường tích hợp trong vật liệu thường được coi là nguồn gốc của hiệu ứng quang điện lớn trong OIHP, nhưng không có bằng chứng chắc chắn”. Giờ đây, bằng cách nghiên cứu chi tiết hiệu ứng quang điện số lượng lớn trong tinh thể OIHP, Noma và các cộng tác viên của ông đã tìm thấy bằng chứng phù hợp với cơ chế dịch chuyển và loại trừ cơ chế phân cực vĩ mô. Cụ thể, họ đã quan sát thấy hiệu ứng quang điện lớn dọc theo trục không phân cực trong OIHP, điều này không thể giải thích được bằng cơ chế phân cực vĩ mô. Kết quả của nhóm làm nổi bật tầm quan trọng của tính đối xứng tinh thể của vật liệu. Những hiểu biết sâu sắc thu được sẽ giúp các nhà nghiên cứu tối ưu hóa các đặc tính của OIHP bằng cách điều chỉnh tính đối xứng của chúng. Đặc biệt, những hiểu biết sâu sắc này có thể giúp nâng cao hiệu quả của OIHP trong việc chuyển đổi ánh sáng thành điện năng. Noma và nhóm của ông hiện có ý định khám phá các loại vật liệu khác. Noma cho biết: “Về nguyên tắc, dòng điện dịch chuyển cũng có thể được tạo ra trong các loại vật liệu khác, chẳng hạn như tinh thể lỏng và tinh thể phân tử hữu cơ”. “Chúng tôi muốn mở rộng nghiên cứu này sang các tài liệu khác.”