Los materiales de perovskita siguen atrayendo mucho interés en aplicaciones de células solares. Actualmente, las nanoestructuras de los materiales de perovskita se están considerando como un nuevo medio láser. A lo largo de los años, se ha informado sobre la amplificación de la luz en puntos cuánticos de perovskita, pero la mayoría de los trabajos presentan un análisis cuantitativo inadecuado.
Para evaluar la capacidad de amplificación de la luz es necesario un "coeficiente de ganancia", mediante el cual se revela la característica esencial de un medio láser. Un medio láser eficiente es aquel que tiene una gran ganancia, y los científicos han estado explorando formas de aumentar esta ganancia.
Ahora, en un estudio reciente, un equipo de investigadores dirigido por el profesor Kwangseuk Kyhm del Departamento de Óptica y Mecatrónica de la Universidad Nacional de Pusan en Corea ha logrado mejorar la amplificación de la señal en nanohojas de perovskita de CsPbBr3 con un patrón de guía de ondas único.
Su estudio se publica en la revista Light:Science &Applications. .
Las nanohojas de perovskita son estructuras bidimensionales dispuestas en configuraciones similares a láminas a nanoescala y poseen características que las hacen valiosas para diversas aplicaciones.
Su logro supera las deficiencias del CsPbBr3 puntos cuánticos, cuya ganancia es inherentemente limitada debido al proceso Auger, que esencialmente acorta el tiempo de desintegración para la inversión de población (un estado en el que más miembros del sistema están en estados de energía más altos y excitados que en estados de energía más bajos y no excitados).
El profesor Kyhm explica:"Las nanohojas de perovskita pueden ser un nuevo medio láser, y este trabajo ha demostrado que se puede lograr una amplificación de la luz basándose en pequeñas nanohojas de perovskita que se sintetizan químicamente".
Los investigadores también propusieron un nuevo análisis de ganancia de "contorno de ganancia" para superar el límite del análisis de ganancia anterior. Si bien el método antiguo proporciona un espectro de ganancia, no puede analizar la saturación de ganancia para franjas ópticas de gran longitud. Debido a que el "contorno de ganancia" ilustra la variación de la ganancia con respecto a la energía del espectro y la longitud de la banda óptica, es muy conveniente analizar la variación de la ganancia local a lo largo de la energía del espectro y la longitud de la banda óptica.
Los investigadores también estudiaron la dependencia de la excitación y la temperatura del contorno de ganancia y la guía de ondas estampada basada en acrilato de poliuretano, que aumentó tanto la ganancia como la estabilidad térmica de las nanohojas de perovskita. Esta mejora se atribuyó a un mejor confinamiento óptico y a la disipación de calor, lo que fue facilitado por los excitones confinados en el centro de masa bidimensional y los estados localizados que surgen del espesor no homogéneo de la lámina y los estados de los defectos.
La implementación de una guía de ondas con un patrón de este tipo es prometedora para una amplificación de señal eficiente y controlada y puede contribuir al desarrollo de dispositivos más confiables y versátiles basados en nanoláminas de perovskita, incluidos láseres, sensores y células solares. Además, también podría afectar a las industrias relacionadas con el cifrado y descifrado de información, la computación neuromórfica y la comunicación con luz visible.
Además, una amplificación mejorada y una mayor eficiencia pueden ayudar a que las células solares de perovskita compitan mejor con las células solares tradicionales basadas en silicio.
El estudio también está preparado para influir significativamente en la óptica y la fotónica. Los conocimientos adquiridos pueden ayudar a optimizar el funcionamiento del láser, mejorar la transmisión de señales en la comunicación óptica y mejorar la sensibilidad de los fotodetectores. Esto, a su vez, podría permitir que los dispositivos funcionen de manera más confiable.
A largo plazo, cuando se necesita luz intensa a nanoescala, las nanoláminas de perovskita se pueden combinar con otras nanoestructuras, permitiendo que la luz amplificada sirva como sonda óptica. Sin embargo, la aplicación exitosa de nanoláminas de perovskita en diversas áreas, incluidos productos de consumo como teléfonos inteligentes e iluminación, dependería de superar los desafíos relacionados con su estabilidad, escalabilidad y toxicidad.
"Hasta ahora se han estudiado los puntos cuánticos de perovskita para láseres, pero estas estructuras de dimensión cero tienen límites fundamentales. En este sentido, nuestro trabajo sugiere que la estructura bidimensional de las nanohojas de perovskita puede ser una solución alternativa", concluye el profesor Kyhm. .
Más información: Inhong Kim et al, Mejora de la ganancia de nanohojas de perovskita mediante una guía de ondas estampada:excitación y dependencia de la temperatura de la saturación de ganancia, Luz:ciencia y aplicaciones (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01313-0
Información de la revista: Luz:ciencia y aplicaciones
Proporcionado por la Universidad Nacional de Pusan
