Codopando perovskitas duplas para simples

Jan 21, 2024

22 de maio de 2023

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pelo Instituto de Tecnologia de Pequim Press Co., Ltd

Um novo artigo publicado na Energy Material Advances explora perovskitas duplas de codopagem Eu3+-Bi3+ para diodos emissores de luz branca de componente único.

"Com as perovskitas de haleto de chumbo atingindo um estágio maduro de pesquisa, aproximando-se do marketing do produto, permanecem as preocupações sobre a estabilidade dos materiais e a toxicidade dos sais à base de chumbo", disse o autor do artigo, Hongwei Song, professor da Faculdade de Ciência e Engenharia Eletrônica da Universidade de Jilin.

Perovskitas duplas com composição Cs2AgInCl6, muitas vezes dopadas com vários elementos, têm estado no centro das atenções devido às suas propriedades ópticas intrigantes, nomeadamente, emissão de excitons auto-aprisionados (STEs) e fotoluminescência induzida por dopantes. Esse interesse gerou diferentes abordagens de síntese para cristais e nanocristais, e a exploração de muitas composições de ligas com cátions mono e trivalentes diferentes de Ag+ e In3+.

Song explicou que, no desenvolvimento de materiais de perovskita sem chumbo, o primeiro pensamento das pessoas é substituir o elemento Pb por um elemento não tóxico. Para substituir o Pb na perovskita haleto, os pesquisadores escolheram vários cátions pouco tóxicos no mesmo período mais próximo a ele, como Sn, Ge, Bi, Sb, In, etc., porque eles têm um orbital inativo semelhante.

Esta é a chave para as propriedades fotoelétricas únicas dos materiais de perovskita. Os materiais de perovskita à base de chumbo têm atraído grande atenção na área de iluminação de estado sólido devido à sua alta eficiência, alta reprodução de cores e desempenho de luminescência ajustável. Esta é uma oportunidade e um desafio para o desenvolvimento geral da indústria fotoelétrica.

"Desde o trabalho pioneiro sobre Cs2AgInCl6 em 2017 relatado por Giustino et al. e Zhou et al. quase simultaneamente, muitos esforços foram dedicados à sua síntese, modificação de sua composição, estudo de sua estrutura eletrônica, propriedades optoeletrônicas e aplicações. Recentemente , um recorde de emissão de luz branca com 86% de PLQY foi alcançado por Luo et al. por meio da liga simultânea de Ag+ com dopagem de Na+ e Bi3+, marcando um marco importante no desenvolvimento de materiais relacionados a Cs2AgInCl6", disse Song.

"Apesar de várias vantagens, os principais problemas com essas perovskitas de haleto de chumbo continuam sendo sua baixa estabilidade e toxicidade. Para resolver esses problemas, várias tentativas foram feitas para reduzir a toxicidade das perovskitas, mantendo suas propriedades ópticas eficientes."

A existência de íons Bi3+ diminui a energia de excitação (absorção), fornece um novo canal de absorção e aumenta a taxa de transferência de energia para os íons Eu3+. Através do ajuste das concentrações de Bi3+ e Eu3+, uma máxima eficiência fotoluminescente (PLQY) de 80,1% é obtida em 6% Eu3+ e 0,5% Bi3+ co-dopado com Cs2AgInCl6 DPs.

"A eficiência de transferência de energia pode ser ajustada com as taxas de decaimento sob diferentes concentrações de dopagem de Bi3+. Pode-se observar que a taxa de transferência de energia melhora como um todo com o aumento da concentração de dopagem de Bi3+ e a taxa de transferência de energia ótima correspondente ao A concentração de Bi3+ é de 0,5%. Em seguida, realizamos o teste PLQY nos materiais. Para os DPs Cs2AgInCl6 não dopados, o PLQY é de apenas 0,5%, o que aumenta drasticamente para 20,1% após a adição de Bi3+. Após [ser] co-dopado com Eu3+ e Os íons Bi3+, PLQY continuam a aumentar e atingem o máximo de 80,1% quando a concentração de Eu atinge 6%", disse Song.

"Aqui, propomos um possível mecanismo para descrever a emissão de Eu3+ em Bi/Eu3+: Cs2AgInCl6. Cs2AgInCl6 DP é um semicondutor de bandgap direto. A dopagem de Bi3+ fornece um novo canal de absorção para o material, que pode ser causado pela contribuição do orbital Bi3+ em a borda da banda, quebrando a transição de proibição de compatibilidade do estado STE, gerando um novo canal de absorção de luz com uma energia mais baixa e promovendo o PLQY emitido pelo STE. Para a emissão de Eu3+, pensamos que existem dois caminhos. Primeiro, a transferência de energia de íons STE para Eu3+ é possível, pois observamos a emissão de Eu3+ nos DPs Cs2AgInCl6 dopados com Eu3+. Em segundo lugar, a emissão de Eu3+ pode vir principalmente da transferência de energia de íons Bi3+ para íons Eu3+. Os íons Bi3+ absorvem a luz de excitação e transferem a energia dos níveis 1P1, 3P2, 3P1, 3P0 de íons Bi3+ para níveis 5D3, 5D2, 5D1 e 5D0 de íons Eu3+. A emissão característica de íons Eu3+ é então formada através de 5D0→7Fj(j=0,1,2,3) transições".