Mappatura delle emissioni PL di MA0.17FA0.83Pb(I0.5Br0.5)3 alla lunghezza d'onda di rilevamento di 670 nm e 790 nm dopo illuminazione locale per 1 ora con una dimensione del fascio di ~ 1 mm e densità di 1 sole sulla pellicola nuda , e su un'apertura anulare con un foro stenopeico di 1 mm di diametro e un obiettivo di ostruzione centrale di 850 µm, rispettivamente. Crediti:Xiaoxiao Sun, Yong Zhang, Weikun Ge
Perovskiti agli alogenuri di piombo (ad es. MAPbI3 ) sono una famiglia emergente di materiali semiconduttori con eccellenti proprietà optoelettroniche, ideali per applicazioni fotovoltaiche e di emissione di luce. In questi materiali è stata segnalata una migrazione ionica significativa ed è uno dei principali meccanismi responsabili dell'isteresi IV anomala e della scarsa stabilità nelle celle solari di perovskite.
In particolare, le perovskiti ad alogenuri misti mostrano inoltre una "segregazione" di anioni alogenuri fotoindotta sotto un'illuminazione continua al di sopra del gap di banda e il processo è reversibile quando l'illuminazione viene rimossa. Questo fenomeno di segregazione è comunemente visto come un effetto negativo per le applicazioni optoelettroniche e dovrebbe essere soppresso.
L'effetto più osservato della segregazione ionica è lo spostamento verso il rosso nel picco di fotoluminescenza (PL) dalla lunghezza d'onda prevista per la lega a quella di una composizione di iodio significativamente più alta. Si afferma generalmente che una lega uniforme MAPbI1-x Brx segregherebbe in domini ricchi di iodio e bromo all'interno dell'area illuminata.
Sono stati proposti numerosi meccanismi microscopici per spiegare il fenomeno. Tuttavia, nessuno di essi può spiegare in modo univoco tutti gli aspetti chiave del fenomeno. In effetti, le caratteristiche chimiche e strutturali delle cosiddette regioni "ricche di Br" e "ricche di I" non sono ancora ben comprese, anche se si presume implicitamente che siano semplicemente leghe ricche di Br e I-ricche, rispettivamente.
In un nuovo articolo pubblicato su Light:Science &Applications da scienziati di Empa−Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology, Svizzera, Università della Carolina del Nord a Charlotte, USA, e Università di Tsinghua, Cina hanno scoperto che la segregazione anionica nella lega di alogenuri misti è un effetto non locale di cui lo ione la ridistribuzione può avvenire in una scala macroscopica o mesoscopica ben oltre l'area illuminata in una scala proporzionale alla dimensione del fascio di illuminazione, fino a ben oltre i mm. Questo lavoro offre una prospettiva completamente nuova alla segregazione anionica "in loco" generalmente presunta fotoindotta in leghe miste di perovskite ad alogenuri.
Gli autori affermano che "in particolare, troviamo che sotto illuminazione, all'interno dell'area di illuminazione, il picco PL è spostato in rosso dalla posizione iniziale; mentre contemporaneamente, al di fuori dell'area illuminata, il picco PL della lega è fortemente esaltato in un'area ad anello che circonda il area illuminata. Inoltre, il processo è reversibile, ma non monotono, esibendo oscillazioni smorzate a bassissima frequenza tra l'anello e il centro in termini di intensità e posizione del PL."
"Queste sorprendenti osservazioni possono essere spiegate come che gli ioni Br liberi vengono espulsi dall'area illuminata, risultando in un'area caricata positivamente e formando contemporaneamente un anello ricco di Br caricato negativamente, essendo entrambi fuori stechiometria dalla lega originale. Questo fenomeno può essere visto come un'analogia ionica di una formazione mesoscopica dell'anello PL lontano dal sito illuminato nei pozzi quantistici di GaAs/AlGaAs, risultante dalla disparità nelle lunghezze di diffusione di elettroni e lacune e quindi dai loro profili spaziali", hanno aggiunto.
Gli autori suggeriscono che il peculiare comportamento oscillatorio potrebbe riflettere un'oscillazione del plasma ionico o del plasmone ionico, che non è stata segnalata nei solidi. Oltre alle implicazioni più ampie al di là del campo delle perovskiti ad alogenuri, questi risultati offrono nuove informazioni sul meccanismo alla base della segregazione ionica nelle leghe di alogenuri misti, che lo rende non necessariamente un fenomeno avverso da sopprimere ma qualcosa di potenzialmente utile, ad esempio per l'energia Conservazione. Come dimostrazione promettente, è stata misurata una tensione di circa 0,4 V tra il centro e l'anello, indicando la possibilità di una batteria che può essere caricata direttamente dalla luce. + Esplora ulteriormente
