هسته پژوهشی ساختارهای پروسکایتی آلی- معدنی

فعالیت­‌های هسته‌­ پژوهشی ساختارهای پروسکایتی آلی-معدنی(دیودهای نورگسیل، سلول­های خورشیدی و متمرکزکننده های خورشیدی نورزا )

‌

1-مسئول هسته
خانم دکتر صغری میرارشادی

2-اعضای هسته
2-1- دکتر صغری میرارشادی- دکتر سهراب احمدی- مهندس عسل جواد
2-2- دکتر صغری میرارشادی- دکتر فرهاد ستاری
2-3- دکتر صغری میرارشادی- دکتر شراره میرزایی


3-عناوین فعالیت­ های پژوهشی
3 - 1 - انجام یافته:
بررسی خاصیت الکترولومینسانس در دیودهای نورگسیل با ساختارپروسکایتی هیبریدی آلی- معدنی
3 – 2 - در حال انجام
3-2-1- ساختارهای هیبریدی دو بعدی و بررسی خواص نوری غیرخطی و متمرکزکنندگی خورشیدی آنها
3-2-2- بررسی خواص مغناطیسی و اپتیکی غیرخطی در ساختارهای پروسکایتی مغناطیسی
 
4- تشریح فعالیت­های پژوهشی
4 – 1 –  فعالیت شماره 1
4 – 1 – 1 – عنوان: بررسی خاصیت الکترولومینسانس در دیودهای نورگسیل با ساختارپروسکایتی هیبریدی آلی- معدنی
4 – 1 – 2 – مقدمه
        اخیرا با توجه به خواص منحصربه فرد پروسکایت های هالیدی هیبریدی آلی- معدنی با فرمول عمومی CH₃NH₃PbX₃  با  X= Cl, Brاین ساختارها بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. از جمله این خواص می توان به طول پخش بالای الکترون-حفره، ضریب جذب بالا و باند گاف تنظیم پذیر اشاره کرد. در این پژوهش ساختار پروسکایتی CH₃NH₃PbX₃  با  X= Cl, Brبه روش شیمیایی خودسامان ده سنتز شده و در ادامه خواص ساختاری و نوری این ساختار سنتز شده مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین دیود نورگسیل پروسکایتی تک لایه و دو لایه، ناشی از لایه نشانی ساختار پروسکایتی CH₃NH₃PbBr₃ بر روی ساختار CH₃NH₃PbCl₃ ساخته و مورد بررسی قرار گرفت. لازمه بکارگیری هیبریدهای سنتز شده در ادوات نوری، ایجاد فیلم نازک از این ساختارها می­باشد. با استفاده از روش لایه نشانی تبخیری به کمک باریکه الکترونی فیلم نازک پروسکایتی با کیفیت بالا ساخته و در این پژوهش مورد استفاده قرار گرفت. در ادامه طیف جذب نوری فرابنفش-مرئی، طیف بازتابشی پخشی(DRS) و نیز طیف فوتولومینسانس (PL) ساختارهای پروسکایتی مورد مطالعه قرار گرفته است. منحنی جریان- ولتاژ و همچنین طیف الکترولومینسانس دیود های ساخته حاکی از موفقیت ساخت دیودهای پروسکایتی بوده است. در این پژوهش برای نخستین با از دو لایه پروسکایتی برای ساخت دیود تورگسیل استفاده شده است. درنهایت طول موج نورزایی دیودهای نورگسیل تک لایه و دولایه مورد بررسی قرار گرفته است.
4 – 1 – 3 - کاربردها
       پروسکایت های آلی- معدنی با ساختار الکترونی منحصربه فرد، خواص اپتیکی بی نظیری را به ارمغان آورده­اند. اخیرا این ترکیبات پروسکایتی در بسیاری از زمینه های تحقیقاتی مانند سیستم های انتقال انرژی ، ادوات الکترونیکی  و مطالعه پدیده های غیرخطی به کار گرفته شده­اند.
      این خواص بی نظیر اپتیکی و الکترونی، در کنار ویژگی کم هزینه بودن ساخت، سبب شده که این ماده دارای کاربردهای فراوانی در ادوات اپتوالکترونیک، همانند دیودهای نوری آلی- معدنی، نسل جدید سلول های خورشیدی، متمرکزکننده­های خورشیدی و میکروکاواک­­ها باشد. از میان تمام کاربردها، در این قسمت فقط به دیودهای نورگسیل آلی-معدنی پرداخته می شود. در  ادامه لایه های مختلف ساختار دیودی با پروسکایت آلی- معدنی به همراه نمودار انرژی مربوطه به طور شماتیک آورده شده است.

شکل 1: لایه های مختلف ساختار دیودی با پروسکایت آلی- معدنی به همراه نمودار انرژی مربوطه

 
4 – 1 – 4 - تحلیل
      علاوه بر امکان بکارگیری پروسکایت­های هالیدی آلی-معدنی در سلول­های خورشیدی، که از داغ­ترین موضوعات تحقیقاتی در چهار سال اخیر بوده است، این ساختارها با بهره کوانتومی بالای فلورسانسی و نیز خاصیت الکترولومینسانس بالا، دارای آینده روشنی در تکنولوژی دیودهای نورگسیل می باشند. در ادامه خاصیت الکترولومینسانس دیودهای نورگسیل ساخته شده که در شکل زیر به طور شماتیک نشان داده شده است مورد بررسی قرار می گیرد.
   طیف الکترولومینسانس ساختار پروسکایتی CH₃NH₃PbBr₃  در شکل 2-الف) با قله­ای در 545 نانومتر، دارای پهنای 25 نانومتر در نصف ارتفاع می­باشد که نسبت به دیودهای نورگسیل صنعتی استاندارد سبز InGaN نیز دارای خلوص رنگ بیشتری می باشد.. این خلوص بالای رنگ را می­توان از مزایای دیود نورگسیل ساخته شده عنوان کرد. همچنین طیف الکترولومینسانس ساختار پروسکایتی CH₃NH₃PbCl₃ در شکل 2-ب) با قله­ای در 530 نانومتر، دارای پهنای 10 نانومتر در نصف ارتفاع می­باشد که نسبت به دیود نورگسیل پروسکایتی CH₃NH₃PbBr₃  به سمت طول موج های پایین­تر جابجا شده است. در ادامه طیف الکترولومینسانس ساختار پروسکایتی دو لایه، ناشی از لایه نشانی ساختار پروسکایتی CH₃NH₃PbBr₃ بر روی ساختار CH₃NH₃PbCl₃ در شکل 2-ج) آورده شده است. در این ساختار نورتابی در طول موج 556 نانومتر با پهنای 5/8 نانومتر دارای خلوص رنگ بهتری می باشد.

شکل2: طیف الکترولومینسانس ساختارهای پروسکایتی الف) CH₃NH₃PbBr₃ ، ب) CH₃NH₃PbCl₃و ج) ساختار دولایه

      شکل 3 منحنی جریان- ولتاژ را برای ساختارهای دیودی معرفی شده، نشان می­دهد. منحنی جریان- ولتاژ، نشان دهنده ولتاژ آغاز نسبتا پایین و در حدود 75/1 ولت می­باشد که می­تواند بیانگر تحرک بالای حامل ها در ساختار پروسکایتی باشد.

شکل3:  منحنی جریان-ولتاژ ساختارهای پروسکایتی الف) CH₃NH₃PbCl₃ ، ب) CH₃NH₃PbBr₃و ج) ساختار دولایه

 
 
4 – 2 –  فعالیت شماره 2
4 – 2 – 1 – عنوان: ساختارهای هیبریدی دو بعدی و بررسی خواص نوری غیرخطی و متمرکزکنندگی خورشیدی آنها
4 – 2 – 2 – مقدمه: در دست مطالعه
4 – 2 – 3 – کاربردها: در دست مطالعه
4 – 2 – 4 – تحلیل: در دست مطالعه