Une nouvelle classe de matériaux pérovskites 2D avec des bords conducteurs comme des métaux et des noyaux isolants a été découverte par des chercheurs qui ont déclaré que ces propriétés uniques avaient des applications dans les cellules solaires et la nanoélectronique.

"Cette observation des états conducteurs de type métal aux bords des couches de ces matériaux pérovskites 2D offre une nouvelle façon d'améliorer les performances de l'optoélectronique de nouvelle génération et de développer une nanoélectronique innovante, " dit Kai Wang, professeur adjoint de recherche en science et ingénierie des matériaux à Penn State et auteur principal de l'étude.

Wang et une équipe de chercheurs de Penn State ont fait la découverte tout en synthétisant des matériaux de pérovskite aux halogénures de plomb pour une utilisation dans les cellules solaires de prochaine génération. Pérovskites, des matériaux à structure cristalline absorbant bien la lumière visible, sont un domaine d'intérêt dans le développement de cellules solaires rigides et flexibles qui peuvent concurrencer commercialement les cellules traditionnelles fabriquées avec du silicium. Ces matériaux de pérovskite 2D sont moins chers à créer que le silicium et ont le potentiel d'être tout aussi efficaces pour absorber la lumière du soleil.

Les résultats, signalé dans Avancées scientifiques , fournir de nouvelles informations sur le flux de charge et d'énergie dans les matériaux pérovskites, important pour l'avancement continu de la technologie, disaient les scientifiques.

"Je pense que la beauté de ce travail est que nous avons trouvé un matériau qui a des propriétés complètement différentes le long des bords par rapport au noyau, " a déclaré Shashank Priya, professeur de science et d'ingénierie des matériaux et vice-président associé pour la recherche à Penn State. "Il est très inhabituel que le courant puisse circuler sur les bords et non au centre d'un matériau, et cela a d'énormes implications pour la conception d'architectures de cellules solaires."

Les matériaux pérovskites 2D sont constitués de fines, couches organiques et inorganiques empilées alternativement. Les couches organiques protègent les couches inorganiques des cristaux d'halogénure de plomb de l'humidité qui peut dégrader les versions 3D du matériau. Cette structure en couches entraîne une grande variation de conductivité le long des directions perpendiculaires et parallèles.

En utilisant des techniques de numérisation et de cartographie, les chercheurs ont découvert que les arêtes vives des monocristaux 2-D présentaient une densité de porteurs de charge gratuite extraordinairement élevée.

"Ce travail révèle les différences distinctes de propriétés optoélectroniques entre le bord de la couche cristalline et la région du noyau, ce qui peut donner un indice pour répondre à d'autres questions importantes soulevées dans le domaine de l'optoélectronique à propos de ces matériaux pérovskites 2-D, " a dit Wang.

Les chercheurs ont déclaré que les résultats pourraient améliorer les performances des cellules solaires et de la technologie LED en fournissant des voies de charge supplémentaires dans les appareils. Les résultats ouvrent également la porte au développement d'une conduction électrique unidimensionnelle innovante en nanoélectronique.

« Sur toute la longueur de ces matériaux, vous avez une jonction entre le métal et le semi-conducteur, et il y a beaucoup de dispositifs hypothétiques proposés basés sur cette jonction, " dit Priya.

En raison du fort courant trouvé sur les bords, Les cristaux de pérovskite 2-D peuvent également être un bon candidat pour un nanogénérateur triboélectrique, les chercheurs ont dit.

Les nanogénérateurs convertissent le mouvement en énergie électrique, ce qui pourrait conduire à une technologie portable qui charge les téléphones et autres appareils en utilisant à la fois de l'énergie et des entrées lumineuses et mécaniques.