Миграция ионов через слой перовскита в двух измерениях

12 апреля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

надежный источник

корректура

Китайской академии наук

Электростатическое легирование широко используется в низкоразмерных материалах, включая углеродные нанотрубки (УНТ) и двумерные (2D) материалы, такие как графен и дихалькогениды переходных металлов (ДМД). В отличие от обычного легирования решетки атомами примесей, добиться легирования наноразмерных материалов сложно из-за ограниченного физического пространства. Электростатическое легирование открывает эффективный путь настройки носителей заряда в наноразмерных материалах без введения атомов примесей, которые могут нарушить расположение атомов и ухудшить внутренние электронные свойства наноразмерных материалов.

В новой статье, опубликованной в eLight, группа ученых под руководством профессоров Сунг-Джуна Ли и Хун-Чье Ченга из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработала гетеропереходное устройство на основе йодида свинца метиламмония (CH3NH3PbI3)/2DSC.

Недавно ионные твердые тела были исследованы для создания pn-перехода в монослойных 2D-материалах. Замороженные мобильные ионы создают электростатические поля для модуляции плотности носителей лежащего в основе двумерного полупроводникового канала. Благодаря четко определенной форме ионных твердых тел, локальный контроль легирования 2D-полупроводников (2DSC) позволяет интегрировать в различные конструкции твердотельные электронные/оптоэлектронные устройства с минимальными перекрестными помехами.

Манипулирование ионами серебра в твердотельном суперионном йодиде серебра (AgI) использовалось для адаптации типа носителя 2DSC для создания обратимо программируемых транзисторов, диодов, фотодиодов и логических вентилей.

Монослойные TMD получили широкое распространение в новых оптоэлектронных приложениях, таких как электрически перестраиваемые светодиоды (LED), диоды с pn-переходом с затвором и солнечные элементы. Однако однослойные TMD имеют некоторые внутренние ограничения для высокопроизводительных оптоэлектронных приложений. Внедрение примесных примесей в атомно тонкие двумерные решетки было фундаментально ограничено физическим пространством в атомно тонких решетках.

Подобрать тип/плотность легирования заряда в монослойных 2ДСК с использованием выбранных примесей решетки было постоянной проблемой. Следовательно, pn-фотодиоды, изготовленные из 2DSC, часто страдают от неидеальных контактов как на p-, так и на n-стороне, что ограничивает достижимое напряжение холостого хода (VOC). Кроме того, общее поглощение света и спектральная чувствительность 2ДСК фундаментально ограничены их атомно-тонкой геометрией. Это ставит под угрозу эффективность генерации фотоносителей и достижимую внешнюю квантовую эффективность (EQE).

Значительные усилия были направлены на преодоление таких внутренних ограничений путем гетерогенной интеграции с другими хорошо известными оптоэлектронными материалами. Например, взаимодействие с молекулами органического красителя было продемонстрировано как эффективная стратегия управления его оптоэлектрическими свойствами. Гибридные перовскиты галогенида свинца (LHP) привлекли значительное внимание в фотогальванике из-за их превосходных оптоэлектронных характеристик и низкой стоимости изготовления.

Несмотря на свой исключительный потенциал, ионные LHP с «мягкой решеткой» обычно страдают от миграции ионов под напряжением смещения, что приводит к плохой стабильности материала и большому гистерезису фототоков, зависящих от напряжения. Миграция положительно или отрицательно заряженных ионов может вызвать накопление ионов или дисбаланс ионного заряда под действием приложенных электрических полей. Здесь мы используем такой ионный дисбаланс заряда в LHP, чтобы вызвать обратимое легирование близлежащих 2DSC для создания высокопроизводительных фотодиодов.