Обеспечение эффективного преобразования световой энергии с помощью стабильных координационных нанолистов

Обеспечение эффективного преобразования световой энергии с помощью стабильных координационных нанолистов

Двумерные «нанолисты», состоящие из связей между атомами металла и органическими молекулами, являются привлекательными кандидатами для фотоэлектрического преобразования, но легко подвергаются коррозии.

Ученые из Японии и Тайваня разработали нанолистовой материал с использованием железа и бензолгексатиола, который стал высокоэффективным УФ-фотодетектором с автономным питанием и рекордной стабильностью тока после 60 дней пребывания на воздухе. Изображение предоставлено: Хироши Нисихара из Токийского научного университета

В новом исследовании ученые из Японии и Тайваня представляют новую конструкцию нанопленки с использованием гексатиола железа и бензола, которая демонстрирует рекордную стабильность к воздействию воздуха в течение 60 дней, что свидетельствует о коммерческом оптоэлектронном применении этих 2D-материалов в будущем.

Эффективное преобразование света в электричество было одной из постоянных целей ученых в области оптоэлектроники. Хотя повышение эффективности преобразования является сложной задачей, необходимо также выполнить несколько других требований. Например, материал должен хорошо проводить электричество, иметь короткое время реакции на изменения входного сигнала (интенсивность света) и, что наиболее важно, быть стабильным при длительном воздействии.

В последнее время ученые были увлечены «координационными нанолистами» (CONASH), которые представляют собой гибридные органические и неорганические наноматериалы, в которых органические молекулы связаны с атомами металлов в двумерной сети. Интерес к CONASH проистекает в основном из их способности поглощать свет в нескольких диапазонах длин волн и преобразовывать их в электроны с большей эффективностью, чем другие типы нанолистов. Этот подвиг наблюдался в CONASH, содержащем атом цинка, связанный с молекулой порфирин-дипиррина. К сожалению, CONASH быстро подвергся коррозии из-за низкой стабильности органических молекул в жидких электролитах (среда, обычно используемая для проведения тока).

«Проблема долговечности должна быть решена для практического применения систем фотоэлектрического преобразования на основе CONASH», – говорит профессор Хироши Нишихара из Токийского университета науки (TUS), Япония, который проводит исследования на CONASH и пытается решить проблему стабильности CONASH.

Теперь, в недавнем исследовании, опубликованном в Advanced Science в результате совместных исследований Национального института материаловедения (NIMS), Япония, и TUS, профессор Нисихара и его коллеги, доктор Хироаки Маэда и д-р Наоя Фукуи из TUS, д-р Ин-Чиао Ван и д-р Кадзухито Цукагоши из NIMS, г-н Чун-Хао Чан и профессор Чун-Вэй Чен из Национального Тайваньского университета, Тайвань, и д-р Чи-Мин Чанг и профессор Вен-Бин Цзянь из Национального университета Цзяо-Дун, Тайвань, разработали CONASH, содержащий ион железа (Fe), связанный с молекулой бензол-гексатиола (BHT), который продемонстрировал наивысшую стабильность при воздействии воздуха, о которой сообщалось до сих пор. Новый фотоприемник на основе FeBHT CONASH может сохранять более 94% своего фототока после 60 дней экспонирования! Кроме того, устройству не требуется внешний источник питания.

Что сделало возможным такой подвиг? Проще говоря, ученые сделали несколько разумных решений. Во-первых, они выбрали полностью твердую архитектуру, заменив жидкий электролит твердотельным слоем Spiro-OMeTAD, материала, известного как эффективный переносчик «дырок» (вакансий, оставленных электронами). Во-вторых, они синтезировали сетку FeBHT в результате реакции между сульфатом железа и аммония и BHT, которая выполнила две задачи: во-первых, реакция была достаточно медленной, чтобы группа серы была защищена от окисления, и, во-вторых, она помогла полученной сетке FeBHT стать эластичной. к окислению, как подтвердили ученые, используя расчеты теории функционала плотности.

Кроме того, FeBHT CONASH обладал высокой электропроводностью, показал улучшенный фотоотклик с эффективностью преобразования 6% (наивысшая эффективность, о которой ранее сообщалось, составляла 2%), и время отклика <40 миллисекунд для освещения УФ-светом.

Получив эти результаты, ученые взволнованы перспективами использования CONASH в коммерческих оптоэлектронных приложениях. «Высокая производительность фотодетекторов на основе CONASH в сочетании с тем фактом, что они имеют автономное питание, может открыть путь для их практического применения, например, в датчиках приема света, которые могут использоваться для мобильных приложений и регистрации освещенности. история объектов », – взволнованно говорит профессор Нишихара

.

И его замысел не так уж далек от воплощения!

Источник: http://www.tus.ac.jp/en/[19459009visible

Source link