Overfladeteknik får rødt lys

Perovskit-partikler kunne forbedre ydeevnen af ​​solceller og lysemitterende dioder via en simpel proces til at stabilisere nanokrystaloverfladen.

En metode til kemisk stabilisering af optiske nanokrystaller, uden at forringe deres elektriske egenskaber, er udviklet af forskere ved KAUST.

Halidperovskitter er i en spændende klasse af materialer til optoelektronik og fotovoltaik. Disse materialer absorberer effektivt synligt lys, har lange ladningsbærende diffusionslængder og er nemme og billige at producere. Ydeevnen af ​​optiske enheder kan også forbedres ved at inkorporere partikler i nanometerskala, som har langt overlegne lys-emitterende og -absorberende egenskaber end det bulkmateriale, de er afledt af. Så det er ikke overraskende, at forskere er ivrige efter at kombinere disse to tilgange. Udfordringen er, at små perovskitpartikler ikke altid er kemisk stabile, og deres atomare krystalstruktur er svær at kontrollere.

Vedhæftning af molekyler, kaldet ligander, kan stabilisere en nanokrystal. Men denne såkaldte passivering kan danne en elektrisk isolerende skal omkring partiklen, der hæmmer deres effektivitet i elektroniske enheder.

Nu, Osman Bakrs gruppe, og medarbejdere fra KAUST og ShanghaiTech University, har skabt halogenid perovskit nanokrystaller lavet af cæsium-bly-iodid passiveret af 2, 2'-iminodibenzoesyre (IDA) ligander. De viser, at dette giver den nødvendige kemiske stabilitet, mens det forbliver nyttigt til optoelektronik. Og passiveringen var enkel:bare at tilføje IDA-pulver til nanokrystalopløsningen og bruge en centrifuge til at fjerne overskydende.

Holdet valgte IDA, fordi det er en bidentat ligand, hvilket betyder, at det binder til nanokrystallen på to steder. "De konventionelle ligander, der bruges i disse applikationer, såsom oliesyre, er dynamiske på overfladen af ​​perovskit nanokrystallerne og løsner sig let, " siger Jun Pan, den første forfatter på papiret. "Det er derfor, vi anvender en dobbelt carboxylgruppe for at binde stærkt på overfladen, som også stabiliserer perovskitkrystalfasen ved stuetemperatur."

Pan og hans team sammenlignede de optiske egenskaber af både de passiverede og ikke-passiverede prøver og observerede, at behandlingen forbedrede det fotoluminescerende kvanteudbytte - et mål for, hvor mange fotoner der udsendes for hver absorberet foton - fra 80 procent til over 95 procent. Og mens intensiteten af ​​lys udsendt fra de upassiverede nanokrystaller var faldet betydeligt fem dage senere, de IDA-behandlede prøver udsendte stadig lys ved 90 procent af deres oprindelige niveau 15 dage senere.

Holdet demonstrerede, at deres stabiliserede halogenid perovskit nanokrystaller var egnede til optoelektroniske applikationer ved at bruge dem til at bygge lysemitterende dioder. De rød-lys-genererende enheder overgik igen den upassivede kontrolenhed med hensyn til maksimal luminans og lyseffekteffektivitet.

"Det næste skridt er at realisere mere stabile perovskitstrukturer og at skabe en LED med ydeevne over 10 procent baseret på perovskit nanokrystaller, " siger Pan.