В поисках новых материалов для следующего поколения солнечных батарей и светодиодов, сотрудники Лос-Аламосской Национальной Лаборатории и их партнёры создали перовскитный «композит», подходящий для создания высокоэффективных устройств оптоэлектроники.

«Наш материал состоит из 2D-слоёв перовскитов нанометровой толщины, разделённых органическими слоями, — рассказал Жан-Кристоф Бланко (Jean-Christophe Blancon), ведущий автор статьи, размещённой в журнале Science. — Эта работа переворачивает устоявшиеся представления об ограничениях в конструировании устройств на основе слоистых перовскитов».

Ключевую роль в достижении высокой эффективности солнечных батарей (больше 12%) и флуоресценции (десятки процентов) LED играют открытые авторами состояния границы слоя (layer-edge-states), обладающие пониженной энергией. С их помощью происходит спонтанное преобразование экситонов (связанные электронно-дырочные пары) в свободные носители заряда.

Более того, носители, захваченные в таких состояниях, защищены от потери энергии в неизлучательных процессах. Благодаря этому они могут эффективно вносить вклад в фототок или рекомбинировать с испусканием фотонов.

Учёные характеризуют слоистые плёнки 2D-перовскитов как квантовые гибридные материалы, обладающие физическими свойствами как органических, так и неорганических полупроводников. Конкуренция этих свойств ответственна за уникальное поведение нового материала, считает Джаред Кроше (Jared Crochet) из Группы физической химии и атомной спектроскопии в Лос-Аламосе.

Результаты этого исследования применимы не только к перовскитам, но и к обширной группе материалов на свойства которых негативно влияют краевые и поверхностные состояния. Направленное химическое проектирование и физическое конструирование может помочь решить эту давнюю проблему оптоэлектроники.