2D光電材料將成為石墨烯的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手

    鋰電世界  科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，熱門的太陽(yáng)光電材料鈣鈦礦(perovskite)若生長(zhǎng)在一個(gè)原子厚度的混合單層上，其性能可媲美石墨烯(graphene)。

    美國(guó)能源部(DoE)所贊助的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)表示，熱門的太陽(yáng)光電材料鈣鈦礦(perovskite)若生長(zhǎng)在一個(gè)原子厚度的混合單層(hybridmonolayers)上，其性能可媲美石墨烯(graphene)。

    而且這種高能量材料的生長(zhǎng)過(guò)程比石墨烯簡(jiǎn)單，能經(jīng)過(guò)摻雜(dope)，制造性能超越其他具備可調(diào)諧電/光特性之2D材料的不同種類離子半導(dǎo)體(ionicsemiconductor)元件；研究人員表示：“高品質(zhì)的2D晶體展現(xiàn)高效率的光激發(fā)光(photoluminescence)特性，并可透過(guò)改變薄片的厚度或是合成相關(guān)材料來(lái)調(diào)整顏色。”

    2D納米材料已經(jīng)是整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)積極研究的主題，因?yàn)檫@類僅有單一個(gè)原子厚度的材料標(biāo)志著半導(dǎo)體制程微縮的最終路線；此外2D材料展現(xiàn)的電子特性不但獨(dú)特還能在某些狀況下呈倍數(shù)增加，而且僅需數(shù)個(gè)原子厚度的薄膜。

    因此能源部決定調(diào)查原子級(jí)厚度混合有機(jī)-無(wú)機(jī)鈣鈦礦薄片的電子特性，以將之作為更容易制造的石墨烯或是更罕見(jiàn)材料配方的替代品；能源部指出，因?yàn)樘?yáng)光電對(duì)光線敏感，混合2D鈣鈦礦不只是具潛力的矽太陽(yáng)能電池材料接班人，也可以被應(yīng)用于其他光電領(lǐng)域，例如光探測(cè)器(photodetector)、發(fā)光二極體(LED)以及雷射等等。

    科學(xué)家們制作了新型態(tài)的原子級(jí)厚度混合有機(jī)-無(wú)機(jī)鈣鈦礦2D薄片，并首度展現(xiàn)該種材料能在光電應(yīng)用上媲美半導(dǎo)體材料；接下來(lái)他們將展現(xiàn)這種材料做為其他2D半導(dǎo)體材料的替代品之潛力，包括能替代矽在未來(lái)電子元件中的應(yīng)用。換句話說(shuō)，混合有機(jī)-無(wú)機(jī)鈣鈦礦薄片，也可能與石墨烯、氮化硼(boronnitride)、二硫化鉬(molybdenumdisulfide)等等，被廣泛研究的矽材料接班人同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)。

    混合有機(jī)-無(wú)機(jī)鈣鈦礦是在室溫下由溶液長(zhǎng)晶，晶體大小約10微米(micron)；這些晶體在結(jié)晶化的過(guò)程中松弛，其能隙(bandgap)也會(huì)隨之改變。藉由控制結(jié)晶化的速度，能源部期望能駕馭可變的能隙特性，來(lái)控制其發(fā)光顏色以及其他先進(jìn)的電/光特性。