Forskare från Dalian Institute of Chemical Physics utvecklade fotoluminescensmaterial och mekanismerna. Kredit:Ming Shi, Dalian Institute of Chemical Physics
Konstgjord belysning står för en femtedel av den globala elförbrukningen, och att utveckla effektiva och stabila luminescensmaterial är avgörande för att undvika onödigt slöseri med elektrisk energi. De enskilda sändare med bredbandsutstrålning, såsom blyhalogenidperovskiter, har nyligen utlöst enorm uppmärksamhet för artificiell belysning och skärmtillämpningar. För att utveckla blyfria och stabila perovskiter med bredbandsutsläpp riktade forskare i Kina in sig på lågdimensionella vismuthalogenidperovskiter.
De publicerade sitt arbete den 15 april i Energy Material Advances .
"De enskilda sändare med bredbandsutstrålning kan kringgå kritiska problem som ställs inför i traditionella blandade och flerkomponentsstrålare som effektivitetsförluster orsakade av självabsorption, den komplexa enhetsstrukturen och färginstabiliteten på grund av de olika nedbrytningshastigheterna för fosfor," sa pappersförfattaren Rengui Li, professor vid State Key Laboratory of Catalysis, Dalian National Laboratory for Clean Energy, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences (CAS). "Blyhalogenidperovskiter har framstått som mycket attraktiva nästa generations optoelektroniska material för ljusavgivande applikationer på grund av deras extraordinära fotoelektriska egenskaper."
Li förklarade att lågdimensionella organisk-oorganiska hybridblyhalogenidperovskiter dominerar forskningen om bredbandsemission och drar nytta av deras starka elektron-fononkopplingsinteraktioner som inducerar genereringen av självfångade excitoner.
"Men toxiciteten hos bly och inneboende instabilitet orsakad av organiska katjoner hindrar deras ytterligare kommersiella tillämpningar," sa Li. "Därför är det absolut nödvändigt att utveckla oorganiska blyfria halogenidperovskiter med högeffektiv bredbandsutsläpp."
Vismutbaserade halogenidperovskiter har väckt stor uppmärksamhet inom optoelektroniska fält på grund av deras låga toxicitet, goda kemiska stabilitet och den isoelektroniska konfigurationen av Bi 3+ med Pb 2+ . Enligt Li, Cs3 Bi2 Br9 har dykt upp som en sändare för ljusemitterande tillämpningar med en stor excitonbindningsenergi för att effektivt främja excitonrekombinationen. Det finns dock några rapporter om Cs3 Bi2 Br9 för bredbandsljusemission vid omgivningstemperatur och omgivande tryck, även om den låga elektroniska dimensionaliteten och den starka kvantinneslutningen som skapas av vakansordnad skiktad struktur ger det den potentialen.
En av de dominerande anledningarna är att Cs3 Bi2 Br9 besitter extremt stark exciton-fonon-koppling på grund av den lokaliserade och komprimerade mikrostrukturen; Li sa att det kan resultera i att självfångade excitoner som är ansvariga för det breda fotoluminescensbandet är mer mottagliga för termisk släckning genom att emittera icke-strålande fononer, alltså Cs3 Bi2 Br9 uppvisar endast bredbandsutsläpp vid låga temperaturer eller högt tryck. Li och hans team har försökt utveckla bredbandsutsläppen för Cs3 Bi2 Br9 , och ännu viktigare, att ta reda på luminescensmekanismen.
"I detta dokument har vi framgångsrikt införlivat en spårmängd av Sb (0,13 vikt-%) i Cs3 Bi2 Br9 utan att störa dess långa räckviddsstruktur," sa Li. "Det resulterade Cs3 Bi2 Br9 :Sb uppvisar en framträdande bredbandsemission och en anmärkningsvärd förbättring av fotoluminescenskvantutbyte (PLQY)."
"Den förbättrade PLQY tillskrivs regleringen av excitonrekombinationsvägarna genom Sb-inkorporering och den icke-strålande rekombinationen av självfångade excitoner minskar," sa Li.
Femtosekunds transienta absorptionsspektra avslöjar närvaron av olika energinivåer av självfångade excitoner, och efter fotoexcitation överförs de exciterade fria excitonerna till självfångade excitoner som genomgår gradientenerginivåerna, och de yttre självfångade excitonerna vid olika energitillstånd bidrar till bredbandsutsläppen, sa Li, Cs3 Bi2 Br9 :Sb uppvisar utmärkt strukturell och optisk stabilitet i månader, vilket banar väg för potentiella luminescensapplikationer för de blyfria halogenidperovskiterna. + Utforska vidare
