ペロブスカイトデバイスがパワーアップ

Oct 11, 2023

Nature Electronics volume 6、545 ページ (2023) この記事を引用

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メタルハライドペロブスカイトは、ウェアラブルデバイス用のフレキシブル太陽電池から型破りなコンピューティング用の電界効果トランジスタに至るまで、従来の太陽光発電を超えた用途での使用が増加しています。

近年、太陽電池の研究はペロブスカイトに関する研究が主流となっています。 これらのペロブスカイトは、ヨウ化メチルアンモニウム鉛 (CH3NH3PbI3) などの金属ハロゲン化物ペロブスカイトであり、ペロブスカイトとしても知られる鉱物、チタン酸カルシウム (CaTiO3) と同じ結晶構造と一般化学式を持っています。 この研究は、多くの場合、結晶シリコンを中心とする商業的アプローチを上回る可能性のある大規模な太陽光発電技術の創出に焦点を当てています。 しかし、これらの溶液処理可能な材料の特徴には、低コストの製造やフレキシブルな薄膜デバイスの作成能力が含まれており、より型破りな用途でも潜在的な価値があることを意味します。 たとえば、Nature Electronics の今号の記事で、Martin Kaltenbrunner、Wei Gao らは、ペロブスカイト太陽電池を使用してウェアラブル汗センサーに電力を供給できることを示しています。

ウェアラブル センサーは通常、電力をバッテリーに依存します。 ただし、これらはかさばるため、外部電源で充電する必要があります。 太陽電池は、より軽量で持続可能な選択肢となる可能性があります。 しかし、従来のシリコン太陽電池は硬くて壊れやすいため、低照度または屋内条件では困難になる可能性があります。 そこで、カリフォルニア工科大学とリンツのヨハネス・ケプラー大学を拠点とする研究者らは、ペロブスカイト太陽電池、特にフレキシブルな準二次元ペロブスカイト太陽電池モジュールに注目した。

同社の汗センサーには、汗刺激用のイオン導入電極、汗サンプリング用のマイクロフルイディクス、汗分析用の電気化学センサー、発汗量モニタリング用のインピーダンスセンサー、および無線データ送信用の Bluetooth ベースのシステムが含まれています。 この長い機能リストにも関わらず、ペロブスカイト太陽電池モジュール (屋内照明下で 31% 以上の電力変換効率を実現) を使用すると、このデバイスはさまざまな照明条件で動作できます。 研究チームは、ウェアラブルセンサーが人の物理化学的情報（グルコース、pH、ナトリウムイオンレベル、発汗量や皮膚温度）を12時間以上、屋内外のさまざまな身体活動中に継続的に監視できることを示した。 (フィンランド VTT 技術研究センターの Jussi Hiltunen 氏の研究に関するニュースと見解の記事も参照してください。)

メタルハライドペロブスカイトの魅力的な特性には、高いキャリア移動度、長い拡散長、および調整可能なバンドギャップが含まれます。 そして、この材料は発光ダイオード (LED) 1 を含む他の光電子デバイスでも広く研究されており、ペロブスカイト太陽電池と同様に急速な進歩を遂げています。 光電子デバイス以外のアプリケーションでは、開発が遅れています。 特に、ペロブスカイト電界効果トランジスタに関する研究は 1999 年まで遡ることができますが、そこでは二次元層状フェニルエチルアンモニウム錫ヨウ化物 ((C6H5C2H4NH3)2SnI4) に基づくデバイスがテストされました 2 が、そのようなトランジスタの可能性は不確かでした。 しかし、最近の結果は勇気を与えてくれました。

この号の別の場所にある Perspective 記事で、Huihui Zhu 氏、Yong-Young Noh 氏らはメタルハライド ペロブスカイト トランジスタの開発について考察しています。 韓国、中国、イタリア、米国の研究所に拠点を置く研究者らは、ハロゲン化物ペロブスカイト半導体の関連する電子的および構造的特性について議論し、鉛ベースのペロブスカイト系の限界とスズベースのペロブスカイトの可能性を検討しています。高性能デバイスを提供するシステム。 彼らはまた、モノリシック三次元集積回路からニューロモーフィックオプトエレクトロニクスに至るまで、これらのペロブスカイト電界効果トランジスタの潜在的な用途を調査し、実用的なデバイスや回路を作成するために対処する必要があるいくつかの課題に焦点を当てています。