Перовскитные устройства включаются

Jun 25, 2023

Nature Electronics, том 6, стр. 545 (2023 г.) Процитировать эту статью

4300 Доступов

13 Альтметрика

Подробности о метриках

Металлогалогенидные перовскиты находят все большее применение в приложениях, выходящих за рамки традиционной фотогальваники: от гибких солнечных элементов для носимых устройств до полевых транзисторов для нетрадиционных вычислений.

В последние годы в исследованиях солнечных элементов преобладали работы над перовскитами. Эти перовскиты представляют собой металлогалогенидные перовскиты, такие как йодид свинца метиламмония (CH3NH3PbI3), которые имеют ту же кристаллическую структуру и общую химическую формулу, что и минерал, также известный как перовскит, титанат кальция (CaTiO3). Работа часто фокусируется на создании крупномасштабной фотоэлектрической технологии, которая могла бы превзойти коммерческие подходы, основанные на кристаллическом кремнии. Но особенности этих материалов, пригодных для обработки в растворе, которые включают в себя низкую стоимость производства и возможность создавать гибкие тонкопленочные устройства, означают, что они также имеют потенциальную ценность в более нетрадиционных приложениях. В качестве иллюстрации в статье в этом выпуске журнала Nature Electronics Мартин Кальтенбруннер, Вэй Гао и его коллеги показывают, что перовскитный солнечный элемент можно использовать для питания портативного датчика пота.

Носимые датчики обычно питаются от батарей. Но они могут быть громоздкими, и их придется заряжать от внешнего источника электроэнергии. Солнечные элементы могут стать более легким и устойчивым вариантом. Однако обычные кремниевые солнечные элементы жесткие и хрупкие и могут работать плохо в условиях низкой освещенности или в помещении. Исследователи из Калифорнийского технологического института и Университета Иоганна Кеплера в Линце обратились к перовскитным солнечным элементам и, в частности, к гибкому квазидвумерному перовскитному солнечному элементу.

Их датчик пота содержит электроды для ионтофореза для стимуляции пота, микрофлюидику для отбора проб пота, электрохимические датчики для анализа пота и импедиметрический датчик для мониторинга скорости потоотделения, а также систему на основе Bluetooth для беспроводной передачи данных. Несмотря на этот длинный список функциональных возможностей, благодаря перовскитному солнечному элементу (коэффициент преобразования энергии которого составляет более 31% при освещении в помещении) устройство может работать в различных условиях освещения. Команда показывает, что носимый датчик может непрерывно отслеживать физико-химическую информацию человека — уровни глюкозы, pH и ионов натрия, а также скорость потоотделения и температуру кожи — в течение более 12 часов и во время различных физических нагрузок в помещении и на открытом воздухе. (См. также сопроводительную статью News & Views о работе Юсси Хилтунена из Центра технических исследований VTT в Финляндии.)

Привлекательные свойства металлогалогенидных перовскитов включают высокую подвижность носителей, большую диффузионную длину и перестраиваемую ширину запрещенной зоны. Эти материалы широко исследовались в других оптоэлектронных устройствах, включая светоизлучающие диоды (СИД)1, где прогресс, как и в случае с перовскитными солнечными элементами, был быстрым. В приложениях, выходящих за рамки оптоэлектронных устройств, развитие шло медленнее. В частности, хотя работы над перовскитными полевым транзисторами ведутся с 1999 года, когда были испытаны устройства на основе двумерного слоистого иодида олова фенилэтиламмония ((C6H5C2H4NH3)2SnI4)2, потенциал таких транзисторов остается неопределенным. Но недавние результаты обнадежили.

В статье «Перспектива» в другом месте этого выпуска Хуэйхуэй Чжу, Юн-Янг Но и его коллеги рассматривают разработку металлогалогенных перовскитных транзисторов. Исследователи, работающие в институтах Южной Кореи, Китая, Италии и США, обсуждают соответствующие электронные и структурные свойства галогенидных перовскитных полупроводников, а также изучают ограничения перовскитных систем на основе свинца и потенциал перовскита на основе олова. системы для создания высокопроизводительных устройств. Они также исследуют потенциальное применение этих перовскитных полевых транзисторов — от монолитных трехмерных интегральных схем до нейроморфной оптоэлектроники — и подчеркивают некоторые проблемы, которые необходимо решить для создания практических устройств и схем.