Một nhóm nghiên cứu chung từ Đại học Waseda, Đại học Tokyo và Đại học Tsukuba đã khám phá ra phương pháp kiểm soát cấu trúc xoắn ốc một chiều và sự sắp xếp của perovskite halide chì bằng cách sử dụng các phân tử hữu cơ có tính quang điện và phương pháp phát triển tinh thể, và đã thành công trong việc tạo ra điện áp quang điện trên 15 V. Thông báo được đưa ra vào ngày 7 tháng 3.
Cơ chế hình thành cấu trúc xoắn ốc một chiều sử dụng các phân tử hữu cơ có tính chất quang học
(Nguồn: Đại học Waseda)
Chiral" có nghĩa là nó không thể chồng lên ảnh phản chiếu của nó, như lòng bàn tay của bạn, và các phân tử có đặc tính này (chiral) được gọi là phân tử chiral. Chúng có hoạt tính quang học và có khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực, khiến chúng trở thành cấu trúc quan trọng trong các phản ứng hóa học.
Kiểm soát sự sắp xếp của các chuỗi xoắn ốc một chiều bằng cách sử dụng kết tinh được kiểm soát nhiệt độ
(Nguồn: Đại học Waseda)
Công suất quang điện của một tế bào quang điện thông thường được xác định bởi khoảng cách dải tại tiếp giáp pn và đầu ra bị giới hạn ở khoảng 1 đến 1,5 V. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng bị giới hạn ở mức khoảng 32% và pin mặt trời silicon đã đạt đến mức gần với giới hạn lý thuyết. Pin mặt trời perovskite cũng đã đạt đến điểm bão hòa, với hoạt động nghiên cứu và phát triển hiện nay tập trung chủ yếu vào chi phí, độ bền và khả năng tích hợp các thành phần. Nếu chúng ta có thể suy nghĩ lại một cách cơ bản về cơ chế tạo điện và tạo ra năng lượng quang điện mà không bị hạn chế bởi khoảng cách băng tần, chúng ta có thể mong đợi cải thiện hiệu suất chuyển đổi vượt quá giới hạn lý thuyết.
Bằng cách sử dụng cấu trúc quang học của các phân tử hữu cơ, có thể thúc đẩy sự hình thành cấu trúc xoắn ốc một chiều trong các chất vô cơ có chứa các nguyên tử nặng, chẳng hạn như halogenua chì. Bằng cách kiểm soát sự sắp xếp của chuỗi xoắn ốc một chiều này thông qua các phân tử hữu cơ có tính quang học, nó có thể thể hiện các tính chất vật lý độc đáo, chẳng hạn như phát hiện ánh sáng phân cực tròn do tính quang học của nó, điện áp quang khối do tính phân cực của nó và từ tính do dòng điện gây ra do phân cực spin.
Cho đến nay, chúng tôi đã chế tạo các thiết bị màng mỏng dựa trên perovskite có cấu trúc xoắn ốc một chiều và thành công trong việc chứng minh các tính chất quang học và điện từ cụ thể, chẳng hạn như phát hiện ánh sáng phân cực tròn. Mặt khác, vì các chuỗi xoắn ốc trong cấu trúc tinh thể này được sắp xếp theo kiểu phản song song nên các mômen lưỡng cực điện (lượng vectơ điện tích dương và âm) dọc theo các chuỗi xoắn ốc bị triệt tiêu. Bằng cách giảm tính đối xứng của tinh thể, người ta hy vọng rằng các tính chất vật lý có nguồn gốc từ tính phân cực, chẳng hạn như điện áp quang khối, sẽ xuất hiện.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi tập trung vào việc kiểm soát tính đối xứng của tinh thể và đã thành công trong việc thu được các tinh thể perovskite halide chì xoắn ốc một chiều với sự sắp xếp phân cực và quang học bằng phương pháp kết tinh sử dụng điều khiển nhiệt. Người ta đã xác nhận rằng các tinh thể perovskite có độ phân cực lớn theo hướng xoắn ốc một chiều thể hiện điện áp quang điện lớn là 15 V. Khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, nó sẽ tạo ra điện áp cao hơn 10 lần so với các tế bào quang điện perovskite hiện có.
Cấu trúc xoắn ốc một chiều này có các tính chất quang học và điện từ độc đáo, thể hiện khả năng phát hiện ánh sáng phân cực tròn và các tính chất quang điện khối. Tính chất này hữu ích cho việc phát triển các cảm biến phân cực tròn có độ nhạy cao, các thiết bị quang điện công suất cao (tế bào năng lượng mặt trời) và các thiết bị spintronics, và dự kiến sẽ tạo ra một thị trường mới cho chất bán dẫn thế hệ tiếp theo. Ngoài việc cải thiện hiệu quả của pin mặt trời và các bộ phận cảm biến quang, dự kiến điều này sẽ góp phần mở rộng việc sử dụng pin mặt trời cho mục đích trong nhà và làm nguồn điện cho IoT.
Mặt khác, các vật liệu thể hiện năng lượng quang điện lớn có dòng điện cực kỳ nhỏ so với các tế bào quang điện hiện có và do đó hiện không có khả năng thay thế các tế bào quang điện hiện có. Ngoài việc phát triển các ứng dụng mới như cảm biến đòi hỏi điện áp cao, cần phải làm rõ nguyên nhân không có dòng điện (độ quang dẫn thấp, khoảng cách dải lớn, v.v.) và tối ưu hóa cấu trúc phần tử để nâng cao hiệu suất
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
