Udvikling af uorganisk blyfri perovskite til bredbåndsemission

Kunstig belysning tegner sig for en femtedel af det globale elforbrug, og udvikling af effektive og stabile luminescensmaterialer er afgørende for at undgå unødvendigt spild af elektrisk energi. De enkelte emittere med bredbåndsemission, såsom blyhalogenidperovskitter, har for nylig udløst enorm opmærksomhed for kunstig belysning og skærmapplikationer. For at udvikle blyfrie og stabile perovskitter med bredbåndsemission målrettede forskere i Kina lavdimensionelle bismuthhalogenidperovskiter.

De udgav deres arbejde den 15. april i Energy Material Advances .

"De enkelte emittere med bredbåndsemission kan omgå kritiske problemer i de traditionelle blandede og multikomponentemittere, såsom effektivitetstab forårsaget af selvabsorption, den komplekse enhedsstruktur og farvernes ustabilitet på grund af de forskellige nedbrydningshastigheder af fosfor," sagde papirforfatter Rengui Li, professor ved State Key Laboratory of Catalysis, Dalian National Laboratory for Clean Energy, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences (CAS). "Blyhalogenidperovskiter er dukket op som yderst attraktive næste generations optoelektroniske materialer til lysudsendende applikationer på grund af deres ekstraordinære fotoelektriske egenskaber."

Li forklarede, at lavdimensionelle organisk-uorganiske hybride blyhalogenidperovskitter dominerer forskningen i bredbåndsemissioner og drager fordel af deres stærke elektron-fonon-koblingsinteraktioner, der inducerer dannelsen af ​​selvfangede excitoner.

"Men toksiciteten af ​​bly og iboende ustabilitet forårsaget af organiske kationer hindrer deres yderligere kommercielle anvendelser," sagde Li. "Derfor er det bydende nødvendigt at udvikle uorganiske blyfri halogenidperovskitter med højeffektiv bredbåndsemission."

Bismuth-baserede halogenidperovskitter har tiltrukket sig betydelig opmærksomhed i optoelektroniske felter på grund af deres lave toksicitet, gode kemiske stabilitet og den isoelektroniske konfiguration af Bi ³⁺ med Pb ²⁺ . Ifølge Li er Cs₃ Bi₂ Br₉ er opstået som en emitter til lysemitterende applikationer givet en stor exciton-bindingsenergi for at fremme exciton-rekombinationen effektivt. Der er dog et par rapporter om Cs₃ Bi₂ Br₉ til bredbåndslysemission ved omgivelsestemperatur og -tryk, selvom den lave elektroniske dimensionalitet og stærke kvanteindeslutning, som skabes af ledige lagdelte strukturer, giver det dette potentiale.

En af de dominerende årsager er, at Cs₃ Bi₂ Br₉ besidder ekstrem stærk exciton-phonon-kobling på grund af den lokaliserede og komprimerede mikrostruktur; Li sagde, at det kan resultere i, at selvfangede excitoner, der er ansvarlige for det brede fotoluminescensbånd, er mere modtagelige for termisk quenching ved at udsende ikke-strålende fononer, således Cs₃ Bi₂ Br₉ udviser kun bredbåndsemission ved lave temperaturer eller højt tryk. Li og hans team har forsøgt at udvikle bredbåndsemissionen til Cs₃ Bi₂ Br₉ , og endnu vigtigere, at finde ud af luminescensmekanismen.

"I dette papir har vi med succes inkorporeret en spormængde af Sb (0,13 vægt-%) i Cs₃ Bi₂ Br₉ uden at forstyrre dens lange rækkeviddestruktur," sagde Li. "Det resulterede Cs₃ Bi₂ Br₉ :Sb udviser en fremtrædende bredbåndsemission og en bemærkelsesværdig forbedring af fotoluminescens kvanteudbytte (PLQY)."

"Den forbedrede PLQY tilskrives reguleringen af ​​exciton-rekombinationsvejene ved Sb-inkorporering, og den ikke-strålende rekombination af selvfangede excitoner falder," sagde Li.

Femtosekunds transiente absorptionsspektre afslører tilstedeværelsen af ​​forskellige energiniveauer af selvfangede excitoner, og efter fotoexcitation overføres de exciterede frie excitoner til selvfangede excitoner, der gennemgår gradientenerginiveauerne, og de ekstrinsiske selvfangede excitoner ved forskellige energitilstande bidrager til bredbåndsemissionen, sagde Li, Cs₃ Bi₂ Br₉ :Sb udviser fremragende strukturel og optisk stabilitet i flere måneder, hvilket baner vejen for potentielle luminescensapplikationer for blyfri halogenidperovskitter. + Udforsk yderligere

Cu+-doping øger selvfanget exciton-emission i legeret Cs2(Ag/Na)InCl6-dobbeltperovskit