Una nuova classe di materiali perovskite 2-D con bordi conduttivi come metalli e nuclei isolanti è stata trovata dai ricercatori che hanno affermato che queste proprietà uniche hanno applicazioni nelle celle solari e nella nanoelettronica.

"Questa osservazione degli stati conduttivi simili al metallo ai bordi dello strato di questi materiali di perovskite 2-D fornisce un nuovo modo per migliorare le prestazioni dell'optoelettronica di prossima generazione e sviluppare nanoelettronica innovativa, " ha detto Kai Wang, professore assistente di ricerca in scienza e ingegneria dei materiali presso la Penn State e autore principale dello studio.

Wang e un team di ricercatori della Penn State hanno fatto la scoperta sintetizzando materiali perovskite ad alogenuri di piombo da utilizzare nelle celle solari di prossima generazione. perovskiti, materiali con struttura cristallina capaci di assorbire la luce visibile, sono un'area di interesse nello sviluppo di celle solari sia rigide che flessibili in grado di competere commercialmente con le celle tradizionali realizzate con silicio. Questi materiali in perovskite 2-D sono più economici da creare rispetto al silicio e hanno il potenziale per essere ugualmente efficienti nell'assorbire la luce solare.

Le scoperte, segnalato in Progressi scientifici , fornire nuove informazioni sulla carica e sul flusso di energia nei materiali di perovskite, importante per il continuo progresso della tecnologia, hanno detto gli scienziati.

"Penso che la bellezza di questo lavoro sia che abbiamo trovato un materiale che ha proprietà completamente diverse lungo i bordi rispetto al nucleo, " disse Shashank Priya, professore di scienza e ingegneria dei materiali e vicepresidente associato per la ricerca alla Penn State. "È molto insolito che la corrente possa fluire attorno ai bordi e non al centro di un materiale, e questo ha enormi implicazioni per la progettazione di architetture di celle solari".

I materiali perovskite 2-D sono costituiti da sottili, strati organici e inorganici sovrapposti alternativamente. Gli strati organici proteggono gli strati inorganici dei cristalli di alogenuro di piombo dall'umidità che può degradare le versioni 3D del materiale. Questa struttura a strati determina una grande variazione nella conduttività lungo direzioni perpendicolari e parallele.

Utilizzando tecniche di scansione e mappatura, i ricercatori hanno scoperto che i bordi taglienti dei singoli cristalli 2-D mostravano una densità di portatori di carica libera straordinariamente grande.

"Questo lavoro rivela le distinte differenze nelle proprietà optoelettroniche tra il bordo dello strato di cristallo e la regione centrale, che può dare uno spunto per rispondere ad altre importanti domande sollevate nel campo dell'optoelettronica su questi materiali perovskite 2-D, "Ha detto Wang.

I ricercatori hanno affermato che i risultati potrebbero aumentare le prestazioni delle celle solari e della tecnologia LED fornendo percorsi di carica aggiuntivi all'interno dei dispositivi. I risultati aprono anche la porta allo sviluppo di un'innovativa conduzione elettrica unidimensionale nella nanoelettronica.

"Per tutta la lunghezza di questi materiali, hai una giunzione tra metallo e semiconduttore, e ci sono molti ipotetici dispositivi proposti sulla base di quella giunzione, " ha detto Priya.

A causa della forte corrente trovata ai bordi, I cristalli di perovskite 2-D possono anche essere un buon candidato per un nanogeneratore triboelettrico, hanno detto i ricercatori.

I nanogeneratori convertono il moto in energia elettrica, che potrebbe portare a una tecnologia indossabile che ricarica telefoni e altri dispositivi utilizzando energia e input sia meccanici che luminosi.