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Jul 23, 2023

Perowskit-Geräte werden eingeschaltet

Nature Electronics Band 6, Seite 545 (2023)Diesen Artikel zitieren 4204 Zugriffe 13 Details zu altmetrischen Metriken Metallhalogenid-Perowskite werden immer häufiger in Anwendungen eingesetzt, die über die herkömmlichen hinausgehen

Nature Electronics Band 6, Seite 545 (2023)Diesen Artikel zitieren

4204 Zugriffe

13 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Metallhalogenid-Perowskite werden zunehmend in Anwendungen jenseits der konventionellen Photovoltaik eingesetzt, von flexiblen Solarzellen für tragbare Geräte bis hin zu Feldeffekttransistoren für unkonventionelle Computer.

Die Solarzellenforschung wurde in den letzten Jahren von der Arbeit an Perowskiten dominiert. Bei diesen Perowskiten handelt es sich um Metallhalogenid-Perowskite wie Methylammoniumbleiodid (CH3NH3PbI3), die die gleiche Kristallstruktur und allgemeine chemische Formel wie das auch als Perowskit bekannte Mineral Calciumtitanat (CaTiO3) aufweisen. Die Arbeit konzentriert sich häufig auf die Entwicklung einer groß angelegten Photovoltaiktechnologie, die kommerzielle Ansätze, die auf kristallinem Silizium basieren, übertreffen könnte. Aber die Eigenschaften dieser aus Lösung verarbeitbaren Materialien – zu denen eine kostengünstige Herstellung und die Möglichkeit zur Herstellung flexibler Dünnschichtgeräte gehören – bedeuten, dass sie auch für unkonventionellere Anwendungen von potenziellem Wert sind. Zur Veranschaulichung zeigen Martin Kaltenbrunner, Wei Gao und Kollegen in einem Artikel in dieser Ausgabe von Nature Electronics, dass eine Perowskit-Solarzelle zur Stromversorgung eines tragbaren Schweißsensors verwendet werden kann.

Tragbare Sensoren benötigen zur Stromversorgung typischerweise Batterien. Diese können jedoch sperrig sein und müssen mit einer externen Stromquelle aufgeladen werden. Solarzellen könnten eine leichtere und nachhaltigere Option darstellen. Herkömmliche Siliziumsolarzellen sind jedoch starr und zerbrechlich und können bei schlechten Lichtverhältnissen oder in Innenräumen Probleme bereiten. Die am California Institute of Technology und der Johannes Kepler Universität Linz ansässigen Forscher wandten sich daher Perowskit-Solarzellen und insbesondere einem flexiblen quasi-zweidimensionalen Perowskit-Solarzellenmodul zu.

Ihr Schweißsensor enthält Iontophorese-Elektroden zur Schweißstimulation, Mikrofluidik zur Schweißprobenahme, elektrochemische Sensoren zur Schweißanalyse und einen impedimetrischen Sensor zur Schweißratenüberwachung sowie ein Bluetooth-basiertes System zur drahtlosen Datenübertragung. Trotz dieser langen Liste an Funktionalitäten kann das Gerät mit dem Perowskit-Solarzellenmodul (das bei Innenbeleuchtung einen Energieumwandlungswirkungsgrad von mehr als 31 % aufweist) bei einer Reihe von Lichtverhältnissen betrieben werden. Das Team zeigte, dass der tragbare Sensor die physikalisch-chemischen Informationen einer Person – Glukose, pH-Wert und Natriumionenspiegel sowie Schweißrate und Hauttemperatur – mehr als 12 Stunden lang und bei verschiedenen körperlichen Aktivitäten im Innen- und Außenbereich kontinuierlich überwachen kann. (Siehe auch den begleitenden News & Views-Artikel über die Arbeit von Jussi Hiltunen vom VTT Technical Research Centre of Finland.)

Zu den attraktiven Eigenschaften von Metallhalogenid-Perowskiten gehören hohe Trägermobilitäten, lange Diffusionslängen und einstellbare Bandlücken. Und die Materialien wurden in anderen optoelektronischen Geräten, einschließlich Leuchtdioden (LEDs)1, umfassend erforscht, wobei die Fortschritte – wie bei Perowskit-Solarzellen – schnell waren. Bei Anwendungen außerhalb optoelektronischer Geräte verlief die Entwicklung langsamer. Obwohl die Arbeit an Perowskit-Feldeffekttransistoren bis ins Jahr 1999 zurückverfolgt werden kann – wo Geräte auf der Basis von zweidimensionalem geschichtetem Phenylethylammoniumzinniodid ((C6H5C2H4NH3)2SnI4) getestet wurden2 – war das Potenzial solcher Transistoren ungewiss. Doch die jüngsten Ergebnisse machen Mut.

In einem Perspective-Artikel an anderer Stelle in dieser Ausgabe befassen sich Huihui Zhu, Yong-Young Noh und Kollegen mit der Entwicklung von Metallhalogenid-Perowskit-Transistoren. Die Forscher, die an Instituten in Südkorea, China, Italien und den Vereinigten Staaten ansässig sind, diskutieren die relevanten elektronischen und strukturellen Eigenschaften von Halogenid-Perowskit-Halbleitern und untersuchen die Grenzen bleibasierter Perowskitsysteme und das Potenzial von Zinn-basiertem Perowskit Systeme zur Bereitstellung leistungsstarker Geräte. Sie untersuchen auch die möglichen Anwendungen dieser Perowskit-Feldeffekttransistoren – von monolithischen dreidimensionalen integrierten Schaltkreisen bis hin zu neuromorphen Optoelektroniken – und heben einige der Herausforderungen hervor, die angegangen werden müssen, um praktische Geräte und Schaltkreise zu schaffen.

Fakharuddin, A. et al. Nat. Elektron. 5, 203–216 (2022).

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Kagan, CR, Mitzi, DB & Dimitrakopoulos, CD Science 286, 945–947 (1999).

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Nachdrucke und Genehmigungen

Perowskit-Geräte werden eingeschaltet. Nat Electron 6, 545 (2023). https://doi.org/10.1038/s41928-023-01028-5

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Veröffentlicht: 24. August 2023

Ausgabedatum: August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41928-023-01028-5

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