Репортаж от Wedoany，Исследователи из Национального университета Ханбат (Hanbat National University) разработали модель, позволяющую более системно проектировать органические разделительные слои в двумерных перовскитных материалах, что может ускорить разработку таких материалов для оптоэлектронных устройств, как солнечные батареи и светодиоды.
Двумерные перовскиты, обладающие хорошей способностью к поглощению и излучению света, а также превосходящей стабильностью по сравнению с некоторыми аналогами, считаются перспективными материалами для технологий следующего поколения на основе света. Однако их свойства крайне чувствительны к структурным изменениям: даже незначительные вариации структуры могут существенно влиять на оптоэлектронное поведение материала, причём причинно-следственные связи между ними часто трудно установить.
Исследование возглавил профессор Ки-Ха Хонг (Ki-Ha Hong) с кафедры материаловедения и инженерии Национального университета Ханбат. Команда сосредоточилась на тонких органических разделительных слоях внутри двумерных перовскитов, пытаясь выяснить их конкретное влияние на свойства материала. Двумерные перовскиты состоят из чередующихся неорганических и органических разделительных слоёв: неорганические слои в основном отвечают за оптоэлектронную активность, а органические разделительные слои влияют на взаимодействие этих функциональных слоёв.
Ключевым понятием в исследовании является «экситон» — электрон-дырочная пара, образующаяся после поглощения света материалом. Свойства экситонов напрямую влияют на эффективность применения материала в светодиодах и солнечных батареях. Ранее было трудно отделить эффекты самого разделительного слоя, поскольку изменение разделительного материала часто одновременно изменяло межслоевое расстояние и структуру материала.
Чтобы разделить эти эффекты, команда выбрала группу структурно очень похожих двумерных перовскитов на основе йодида свинца, основная неорганическая структура которых оставалась практически неизменной. В исследовании изменялось межслоевое расстояние неорганических слоёв путём использования органических разделительных слоёв с одинаковыми химическими концевыми группами, но разной длиной цепи, избегая при этом значительных искажений структуры материала. Затем с помощью различных спектроскопических методов измерялись ширина запрещённой зоны и энергия экситонов материала.
Результаты показали, что с увеличением длины цепи разделительного слоя ширина запрещённой зоны квазичастиц возрастает, но энергия экситонов изменяется незначительно. Это указывает на то, что разделительный слой существенно влияет на электрическое поведение материала, но оказывает ограниченное влияние на энергию оптического поглощения. Кроме того, более длинные разделительные слои увеличивали энергию связи экситонов, то есть силу удержания электрона и дырки после поглощения света.
Исследовательская группа также проверила способность существующей модели Келдыша объяснить экспериментальные результаты. Эта модель, часто используемая для описания экситонов в сверхтонких материалах, не полностью соответствовала наблюдаемым данным. Введение новой функции, учитывающей фактическую толщину органического разделительного слоя, улучшило согласование модели с экспериментальными данными.
Данное исследование предлагает более прямой путь молекулярного проектирования для прогнозирования свойств двумерных перовскитов, что поможет соответствующим компаниям и исследовательским группам проводить более эффективную и целенаправленную разработку до интеграции материалов в устройства. Результаты исследования были опубликованы онлайн в декабре 2025 года и напечатаны в журнале «Advanced Functional Materials».
