Zwei-/quasi-zweidimensionale Perowskit-basierte Heterostrukturen: Konstruktion, Eigenschaften und Anwendungen

Van-der-Waals-Heterostrukturen, die aus verschiedenen zweidimensionalen (2D) Schichtmaterialien integriert sind, bieten grundlegende Bausteine ​​für optoelektronische Geräte mit neuartigen Funktionalitäten, wie z. B. photovoltaische Solarzellen, Leuchtdioden (LEDs) und Fotodetektoren. Zweidimensionale und quasi-zweidimensionale Perowskite (im Folgenden als 2D-Perowskite abgekürzt) weisen einzigartige Eigenschaften auf, wie z. Generation optoelektronischer Geräte.

Zu diesem Zweck können Heterostrukturen, die verschiedene geschichtete 2D-Perowskite mit anderen geschichteten oder nicht geschichteten Materialien enthalten, einzigartige optische und optoelektronische Eigenschaften einführen und die potenziellen Funktionalitäten und Anwendungen der Heterostrukturen erheblich erweitern.

Veröffentlichung im Internationale Zeitschrift für extreme Fertigunghat das Team unter der Leitung von Forschern der Huazhong University of Science and Technology die jüngsten Errungenschaften von 2D/quasi-2D-Perowskit-basierten Heterostrukturen zusammengefasst, um die Entdeckung unerforschter Phänomene zu erleichtern und eine neue Reihe von optoelektronischen Anwendungen zu eröffnen.

Das Team stellte die Struktur und die physikalischen Eigenschaften von 2D/quasi-2D-Perowskiten vor und diskutierte dann die Konstruktion und Charakterisierung von 2D/quasi-2D-Perowskit-basierten Heterostrukturen und hob auch die herausragenden optischen Eigenschaften der konstruierten Heterostrukturen hervor. Darüber hinaus wurden die potenziellen Anwendungen von 2D/quasi-2D-Perowskit-basierten Heterostrukturen in photovoltaischen Geräten, lichtemittierenden Geräten, Fotodetektoren/Fototransistoren und Valleytronic-Geräten demonstriert. Auch die Herausforderungen und Perspektiven im Bereich der 2D-Perowskit-basierten Heterostrukturen wurden skizziert.

Der leitende Forscher, Professor Dehui Li, kommentierte: „Die reichhaltige elektronische und optische Physik, die 2D-Perowskite bieten, macht sie für optoelektronische Anwendungen sehr vielversprechend. Die elektronische Struktur von 2D-Perowskiten kann effizient moduliert werden, indem der Wert der Schichtzahl n durch Substitution geändert wird Halogenidanionen und den Einbau organischer Ketten, was ihre optische Leistung weiter modifiziert, was sowohl Vor- als auch Nachteile für optoelektronische Anwendungen mit sich bringt.“

„Allerdings fehlt noch die Synthese von Quasi-2D-Perowskiten und Heterostrukturen in reiner Phase in großem Maßstab auf kontrollierbare Weise. In dieser Übersicht haben wir alle entwickelten Methoden zur Herstellung von 2D-Perowskiten und Heterostrukturen zusammengefasst, die hilfreich wären, um neue Strategien zu erforschen für die Materialvorbereitung.“

Der Aufbau von Heterostrukturen bildet die Grundlage für Architekturen und Anwendungen optoelektronischer Bauelemente. Es wurden verschiedene Techniken entwickelt, um 2D-Perowskit-Heterostrukturen aufzubauen, einschließlich Trockentransfer, Lösungssynthese und Dampfabscheidung. Außerdem sind optische Spektren, Phasenidentifikation und Charakterisierung der Oberflächenmorphologie die üblichen Methoden, um die konstruierten Heterostrukturen zu charakterisieren.

Co-Erstautor Dr. Haizhen Wang sagte: „Optische Eigenschaften sind ein faszinierender funktioneller Aspekt von 2D-Perowskit-basierten Heterostrukturen, die nicht nur die grundlegenden physikalischen Eigenschaften von 2D-Perowskiten erben, sondern auch eine reichhaltige neue Photophysik zeigen, die nicht in jedem Bestandteilsmaterial vorhanden ist .“

Somit bieten 2D-Perowskit-basierte Heterostrukturen eine ideale Plattform, um Ladungs-/Energietransferprozesse, durch Ionenmigration induzierte optische Eigenschaften und nichtlineare optische Effekte zu untersuchen. Studien zu diesen Aspekten befinden sich jedoch noch in einem Vorstadium und weitere Untersuchungen sind erforderlich.

Co-Erstautor Ph.D. Studentin Yingying Chen sagte: „2D-Perowskite können mit anderen Materialien gestapelt werden, um Heterostrukturen mit unterschiedlichen Bandausrichtungen herzustellen, die vom Typ I oder Typ II sein können, basierend auf verschiedenen Bestandteilen in Heterostrukturen, was zu unterschiedlichen optoelektronischen Anwendungen führt.“

In dieser Übersicht wurden die Leistungen von Photovoltaikgeräten, Fotodetektoren, lichtemittierenden Geräten, Fototransistoren und Valleytronic-Geräten basierend auf verschiedenen 2D-Perowskit-Heterostrukturen sortiert und diskutiert.

Prof. Dehui Li sagte: „Die hervorragenden optischen und optoelektronischen Eigenschaften von 2D-Perowskit-basierten Heterostrukturen haben zu einem breiten Anwendungsspektrum in der Optik und Optoelektronik geführt. In diesem Stadium treten jedoch noch viele Probleme auf, darunter die rationale Synthese reiner Phasen 2D-Perowskite und ihre Heterostrukturen im großen Maßstab auf kontrollierbare Weise, ein tiefes Verständnis ihrer grundlegenden physikalischen Eigenschaften sowie die vollständige Erforschung ihrer potenziellen neuartigen optoelektronischen Anwendungen.“

„Wir glauben, dass mehr 2D-Perowskit-basierte Heterostrukturen mit neuartigen Funktionalitäten konstruiert werden, indem die große Flexibilität in Zusammensetzung, Struktur und Eigenschaften von 2D-Perowskiten genutzt wird.“