Gli scienziati del Dalian Institute of Chemical Physics hanno sviluppato materiali e meccanismi di fotoluminescenza. Credito:Ming Shi, Istituto di Fisica Chimica di Dalian
L'illuminazione artificiale rappresenta un quinto del consumo globale di elettricità e lo sviluppo di materiali a luminescenza efficienti e stabili è fondamentale per evitare inutili sprechi di energia elettrica. I singoli emettitori con emissione a banda larga, come le perovskiti agli alogenuri di piombo, hanno recentemente suscitato un'enorme attenzione per l'illuminazione artificiale e le applicazioni di visualizzazione. Per sviluppare perovskiti stabili e prive di piombo con emissione a banda larga, i ricercatori in Cina hanno preso di mira le perovskiti di alogenuro di bismuto a bassa dimensione.
Hanno pubblicato il loro lavoro il 15 aprile su Energy Material Advances .
"I singoli emettitori con emissione a banda larga possono aggirare i problemi critici incontrati nei tradizionali emettitori misti e multicomponenti come le perdite di efficienza causate dall'autoassorbimento, la complessa struttura del dispositivo e l'instabilità dei colori dovuta ai diversi tassi di degradazione dei fosfori", ha affermato l'autore dell'articolo Rengui Li, professore presso lo State Key Laboratory of Catalysis, Dalian National Laboratory for Clean Energy, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences (CAS). "Le perovskiti agli alogenuri di piombo sono emerse come materiali optoelettronici di nuova generazione altamente attraenti per applicazioni che emettono luce grazie alle loro straordinarie proprietà fotoelettriche."
Li ha spiegato che le perovskiti all'alogenuro di piombo ibrido organico-inorganico a bassa dimensione dominano la ricerca sull'emissione di banda larga beneficiando delle loro forti interazioni di accoppiamento elettrone-fonone che inducono la generazione di eccitoni auto-intrappolati.
"Tuttavia, la tossicità del piombo e l'instabilità intrinseca causata dai cationi organici ostacolano le loro ulteriori applicazioni commerciali", ha affermato Li. "Pertanto, è imperativo sviluppare perovskiti inorganiche senza piombo con emissione di banda larga ad alta efficienza."
Le perovskiti agli alogenuri a base di bismuto hanno attirato una notevole attenzione nei campi optoelettronici grazie alla loro bassa tossicità, alla buona stabilità chimica e alla configurazione isoelettronica di Bi 3+ con Pb 2+ . Secondo Li, il Cs3 Bi2 Br9 è emerso come un emettitore per applicazioni di emissione di luce data una grande energia di legame dell'eccitone per promuovere in modo efficiente la ricombinazione dell'eccitone. Tuttavia, ci sono alcuni rapporti su Cs3 Bi2 Br9 per l'emissione di luce a banda larga a temperatura e pressione ambiente, sebbene la bassa dimensionalità elettronica e il forte confinamento quantistico portati dalla struttura a strati ordinata per posti vacanti gli conferiscano quel potenziale.
Uno dei motivi principali è che Cs3 Bi2 Br9 possiede un accoppiamento eccitone-fonone estremamente forte a causa della microstruttura localizzata e compressa; Li ha detto che ciò può comportare che gli eccitoni auto-intrappolati responsabili dell'ampia banda di fotoluminescenza siano più suscettibili all'estinzione termica attraverso l'emissione di fononi non radiativi, quindi Cs3 Bi2 Br9 esibisce emissioni a banda larga solo a basse temperature o ad alta pressione. Li e il suo team hanno cercato di sviluppare l'emissione a banda larga per Cs3 Bi2 Br9 e, soprattutto, per capire il meccanismo della luminescenza.
"In questo documento, abbiamo incorporato con successo una traccia di Sb (0,13% in peso) nel Cs3 Bi2 Br9 senza disturbare la sua struttura a lungo raggio", ha detto Li. "Il risultato Cs3 Bi2 Br9 :Sb mostra un'importante emissione a banda larga e un notevole miglioramento della resa quantica di fotoluminescenza (PLQY)."
"Il PLQY potenziato è attribuito alla regolazione dei percorsi di ricombinazione degli eccitoni mediante l'incorporazione di Sb e la ricombinazione non radiativa degli eccitoni auto-intrappolati diminuisce", ha affermato Li.
Gli spettri di assorbimento transitorio a femtosecondi rivelano la presenza di diversi livelli di energia di eccitoni auto-intrappolati e, dopo la fotoeccitazione, gli eccitoni liberi eccitati si trasferiscono agli eccitoni auto-intrappolati che subiscono i livelli di energia del gradiente e gli eccitoni auto-intrappolati estrinseci a vari stati energetici contribuiscono all'emissione a banda larga, ha detto Li, il Cs3 Bi2 Br9 :Sb mostra un'eccellente stabilità strutturale e ottica per mesi, il che apre la strada alle potenziali applicazioni di luminescenza per le perovskiti ad alogenuri senza piombo. + Esplora ulteriormente
