Nanocristalele de perovskit cu halogenuri metalice au devenit materiale candidate ideale pentru tehnologia de afișare datorită proprietăților lor optoelectronice excelente. Cu toate acestea, coordonarea slabă și structura cu lanț lung a liganzilor tradiționali (cum ar fi acidul oleic/oleilamina) duc la defecte severe de suprafață și transport limitat al purtătorilor, restricționând îmbunătățirea performanței diodelor emițătoare de lumină cu perovskit (PeLED). Pentru a aborda această problemă, echipa condusă de Rongjun Xie de la Școala de Știința și Ingineria Materialelor din cadrul Universității Xiamen a publicat o lucrare de cercetare intitulată „Ligandul citrat îmbunătățește eficiența luminoasă a diodelor emițătoare de lumină cu perovskit verde” în *Journal of Luminescence*. Echipa de cercetare a dezvoltat un ligand al acidului citric (CA) cu lanț scurt, puternic chelator, care formează multiple legături de coordonare și legături de hidrogen cu suprafața nanocristalului prin intermediul grupării sale de acid carboxilic (-COOH) și al grupării hidroxil (-OH), realizând o pasivizare eficientă a defectelor de suprafață în nanocristalele CsPbBr3. Dioda emițătoare de lumină perovskită verde construită pe baza acestei strategii a atins o eficiență cuantică externă maximă (EQE) de 13,58%, oferind o soluție nouă, ieftină și eficientă pentru manipularea suprafeței perovskitei.
Mecanismul de interacțiune al ligandului
Echipa de cercetare a selectat în mod inovator acidul citric ca ligand, introducându-l în sistemul nanocristal de perovskit CsPbBr3 printr-un proces de schimb de ligand post-sintetic. Fiind un ligand chelator multidentat, acidul carboxilic și grupările hidroxil ale acidului citric se pot lega stabil de suprafața CsPbBr3 printr-o interacțiune duală de coordonare bidentată și legături de hidrogen. Calculele teoriei funcționale a densității (DFT) au arătat că energia de adsorbție a ligandului acid citric a atins -0,39 eV, semnificativ mai mare decât -0,26 eV a ligandului acid oleic/oleilamină, demonstrând termodinamic capacitatea sa mai puternică de legare la suprafață. Spectroscopia în infraroșu cu transformare Fourier și spectroscopia fotoelectronică cu raze X au verificat în continuare formarea legăturilor de coordonare și a legăturilor de hidrogen, realizând o pasivizare eficientă a defectelor de suprafață în nanocristalele de perovskit.
Figura 1: Mecanismul de interacțiune dintre nanocristalele de CsPbBr3 și liganzii de suprafață
Optimizări multiple ale proprietăților optice ale nanocristalelor
Modificarea cu liganzi de acid citric îmbunătățește complet morfologia și proprietățile optice ale nanocristalelor de perovskit CsPbBr3. Din punct de vedere morfologic, nanocristalele CsPbBr3 modificate își păstrează faza cubică tipică, cu o dimensiune medie mai uniformă și o concentrație a distribuției dimensionale semnificativ îmbunătățită, punând o bază structurală pentru performanțe optice îmbunătățite.
În ceea ce privește performanța optică, nanocristalele modificate prezintă caracteristici excelente. Vârful lor de emisie se stabilizează la 513 nm, lățimea completă la jumătate din maxim (FWHM) îngustându-se la 19,7 nm; eficiența cuantică a fotoluminescenței (PLQY) crește semnificativ de la 67,1% la 95,5%, iar rata de recombinare neradiativă scade de la 68,5 μs−1 la 5,4 μs−1, demonstrând o pasivizare semnificativă a defectelor. Între timp, ligandul acidului citric a îmbunătățit, de asemenea, stabilitatea termică a materialului. Chiar și la 100℃, nanocristalele au menținut o intensitate inițială ridicată a fluorescenței, iar energia de legare a excitonilor a crescut la 145,3 meV. Acest efect îmbunătățit de legare a excitonilor a asigurat că sistemul a menținut calea de recombinare dominată de excitoni în condiții de temperatură ridicată, obținând astfel o îmbunătățire sinergică a stabilității termice și a eficienței luminescenței.
Figura 2: Morfologia și proprietățile optice ale nanocristalelor de CsPbBr3
Eficiența diodelor emițătoare de lumină cu perovskit verde s-a îmbunătățit semnificativ
Pe baza nanocristalelor CsPbBr3 modificate cu acid citric, echipa de cercetare a construit o diodă emițătoare de lumină perovskită verde cu o structură ITO/NiOx/Poly−TPD/CsPbBr3/TPBi/LiF/Al, obținând o îmbunătățire semnificativă a performanței de electroluminescență a dispozitivului. Dispozitivul prezintă un vârf de electroluminescență la 517 nm și coordonate de culoare CIE de (0,099, 0,755), depășind cu mult standardul de lumină verde al gamei de culori a Comitetului Național pentru Sisteme de Televiziune (NTSC), demonstrând o puritate excelentă a culorii. Luminozitatea maximă este crescută la 1208 cd/m², iar eficiența cuantică externă maximă (EQE) atinge 13,58%, de 2,9 ori mai mare decât sistemele convenționale. Eficiența maximă a curentului este, de asemenea, îmbunătățită la 42,93 cd/A. Această îmbunătățire a performanței este atribuită pasivării eficiente a defectelor prin ingineria ligandului de suprafață, modulării căilor de recombinare a purtătorilor de sarcină și optimizării echilibrului lor de transport.
