Le particelle di perovskite potrebbero migliorare le prestazioni delle celle solari e dei diodi emettitori di luce tramite un semplice processo per stabilizzare la superficie dei nanocristalli.

Un metodo per stabilizzare chimicamente i nanocristalli ottici, senza degradare le loro proprietà elettriche, è stato sviluppato dagli scienziati di KAUST.

Le perovskiti ad alogenuri fanno parte di un'entusiasmante classe di materiali per l'optoelettronica e il fotovoltaico. Questi materiali assorbono efficacemente la luce visibile, possiedono lunghe lunghezze di diffusione dei portatori di carica e sono facili ed economici da produrre. Le prestazioni dei dispositivi ottici possono anche essere migliorate incorporando particelle su scala nanometrica, che hanno proprietà di emissione e assorbimento della luce di gran lunga superiori rispetto al materiale sfuso da cui sono derivati. Quindi non sorprende che gli scienziati siano desiderosi di combinare questi due approcci. La sfida è che le minuscole particelle di perovskite non sono sempre chimicamente stabili, e la loro struttura cristallina atomica è difficile da controllare.

Attaccare molecole, denominati ligandi, può stabilizzare un nanocristallo. Ma questa cosiddetta passivazione può formare un guscio elettricamente isolante attorno alla particella che ne inibisce l'efficacia nei dispositivi elettronici.

Ora, Il gruppo di Osman Bakr, e collaboratori della KAUST e della ShanghaiTech University, ha creato nanocristalli di perovskite di alogenuro a base di ioduro di cesio e piombo passivato da 2, Leganti dell'acido 2′-iminodibenzoico (IDA). Mostrano che ciò fornisce la necessaria stabilità chimica pur rimanendo utile per l'optoelettronica. E la passivazione era semplice:bastava aggiungere la polvere IDA alla soluzione di nanocristalli e usare una centrifuga per rimuovere l'eccesso.

Il team ha scelto IDA perché è un legante bidentato, il che significa che si lega al nanocristallo in due siti. "I ligandi convenzionali utilizzati in queste applicazioni, come l'acido oleico, sono dinamici sulla superficie dei nanocristalli di perovskite e si staccano facilmente, "dice Jun Pan, il primo autore sulla carta. "Ecco perché applichiamo un doppio gruppo carbossilico per legarsi fortemente sulla superficie, che stabilizza anche la fase cristallina della perovskite a temperatura ambiente."

Pan e il suo team hanno confrontato le proprietà ottiche di entrambi i campioni passivati ​​e non passivati ​​e hanno osservato che il trattamento ha migliorato la resa quantica fotoluminescente, una misura di quanti fotoni vengono emessi per ogni fotone assorbito, dall'80% a oltre il 95%. E mentre l'intensità della luce emessa dai nanocristalli non passivati ​​era diminuita significativamente cinque giorni dopo, i campioni trattati con IDA emettevano ancora luce al 90% del loro livello iniziale 15 giorni dopo.

Il team ha dimostrato che i loro nanocristalli di perovskite ad alogenuri stabilizzati erano adatti per applicazioni optoelettroniche utilizzandoli per costruire diodi emettitori di luce. I dispositivi di generazione della luce rossa hanno ancora una volta superato il dispositivo di controllo non passivato in termini di massima luminanza ed efficienza della potenza luminosa.

"Il prossimo passo è realizzare strutture di perovskite più stabili e creare un LED con prestazioni superiori al 10 percento basato su nanocristalli di perovskite, "dice Pan.