Semiconductorii perovskiți hibrizi organici-anorganici au atras multă atenție datorită proprietăților lor optoelectronice excelente și sunt utilizați pe scară largă în celule solare, celule fotoelectrochimice, lasere și diode emițătoare de lumină (LED-uri). Printre acestea, LED-urile pe bază de perovskit (în special cele care utilizează CH₃NH₃PbBr₃) au devenit un domeniu de cercetare extrem de promițător în ultimul deceniu. Cu toate acestea, stările prinse (în special cele de la interfețe) limitează sever performanța și stabilitatea LED-urilor perovskite. Aceste stări localizate energetic în cadrul benzii interzise captează și eliberează purtătorii de sarcină, reducând astfel mobilitatea purtătorilor, crescând recombinarea neradiativă și ducând la o scădere a eficienței dispozitivului. Stările prinse în LED-urile perovskite provin în principal din limitele granulelor, defectele intrinseci și interacțiunile de interfață. De exemplu, defectele punctuale specifice, cum ar fi locurile vacante de halogen și locurile vacante de tip A, antisite-urile plumb-halogen și interstițiile de halogen, pot provoca pierderi neradiative. Locuințele vacante de halogen formează situsuri încărcate pozitiv, introducând stări de defecte în banda interzisă, captând astfel electroni și neutralizând golurile, ducând la recombinarea electron-gol asistată de capcană, ceea ce reduce semnificativ eficiența dispozitivului.
Wu și colab. au furnizat anterior dovezi directe pentru astfel de capcane în peliculele subțiri de perovskit cu iodură de plumb și metilamoniu, utilizând spectroscopia fotoelectronică ultravioletă. În schimb, excesul de halogeni din mediu poate duce la formarea de straturi de suprafață bogate în halogeni, rezultând un efect de auto-pasivizare, promovând generarea de exciton și crescând rata de recombinare radiativă. Recombinarea neradiativă asistată de capcane este un factor major care duce la pierderea eficienței luminoase, în special la densități mici de purtători. Pe lângă promovarea recombinării, stările captate pot deveni și canale pentru migrarea ionilor, exacerbând și mai mult degradarea performanței dispozitivului. O altă problemă majoră este dezechilibrul injecției de purtători în diodele emițătoare de lumină perovskite, ceea ce duce la acumularea de purtători la interfață, declanșând recombinarea neradiativă și o stingere luminoasă semnificativă. Pentru a rezolva această problemă, echilibrarea mobilității purtătorilor între stratul de transport al electronilor și stratul de transport al găurilor s-a dovedit a fi o strategie eficientă pentru a asigura o injecție echilibrată a purtătorilor în diodele emițătoare de lumină perovskite. În plus, migrarea ionilor indusă de câmpul electric exacerbează aceste provocări, ducând la comportamente anormale, cum ar fi histerezisul fotocurentului, histerezisul curent-tensiune, polaritatea comutabilă a dispozitivelor și o constantă dielectrică statică anormal de ridicată. Migrarea ionilor exacerbează și mai mult formarea și activarea stărilor captate, amplificând efectele lor negative asupra performanței dispozitivului.
Echipa de cercetare a demonstrat anterior că pasivarea folosind organocloruri (cum ar fi clorura de colină) poate suprima eficient migrarea ionilor și poate reduce stările captate în LED-urile perovskite, îmbunătățind astfel stabilitatea spectrală și performanța dispozitivului. Studii recente au confirmat în continuare eficacitatea strategiilor de pasivare a defectelor în îmbunătățirea eficienței dispozitivelor prin reducerea stărilor captate și a migrării ionilor. De exemplu, Xu și colab. au demonstrat realizarea unor LED-uri perovskite albastru intens, stabile în culoare, folosind ingineria organoclorurilor, cheia fiind reducerea stărilor captate și a migrării ionilor. În mod similar, Yun și colab. au subliniat provocările reprezentate de migrarea ionilor și stările captate pentru LED-urile perovskite albastre cu bromură de cesiu-plumb și au propus utilizarea bromhidratului de hidrazină pentru ingineria compozițională pentru a controla nivelurile de defecte și a reduce cuplarea fononicilor, îmbunătățind astfel eficiența dispozitivului. Cu toate acestea, aceste studii se concentrează în principal pe ingineria materialelor și nu explorează direct dinamica purtătorilor de sarcină interfacială și nici nu analizează cantitativ recombinarea asistată de captare. În plus, deși s-a demonstrat că strategiile de pasivare a defectelor suprimă migrarea ionilor, impactul lor asupra echilibrului de injecție a sarcinii rămâne de explorat în profunzime.
Cercetătorii de la Universitatea Națională Cheng Kung din Taiwan, conduși de Tzung-Fang Guo, au utilizat spectroscopia de admitanță pentru a investiga stările de captare, dinamica interfeței și dinamica purtătorilor de sarcină ale diodelor emițătoare de lumină (LED-uri) pe bază de CH₃NH₃PbBr₃, explorând modul în care pasivizarea defectelor de clorură de colină îmbunătățește dinamica purtătorilor de sarcină interfaciali. Această tehnică permite investigarea comportamentului electric al dispozitivului, dezvăluind modul în care stările de captare influențează capacitatea, injecția purtătorilor de sarcină și procesele de recombinare - cruciale pentru îmbunătățirea eficienței și stabilității dispozitivului. Studiul demonstrează că pasivizarea eficientă a defectelor suprimă semnificativ recombinarea non-radiativă, atenuează migrarea ionilor și asigură o injecție și un transport de sarcină mai echilibrate. Pentru a analiza aceste efecte, au fost derivate și evaluate capacitatea dependentă de tensiune, relațiile luminanță-capacitate-tensiune și capacitatea dependentă de frecvență. Aceste analize arată că dispozitivele pasivate prezintă o densitate redusă a capturilor, o polarizare suprimată a ionilor și o recombinare radiativă îmbunătățită, confirmând astfel îmbunătățirea dinamicii purtătorilor de sarcină interfaciali. Comparativ cu studiile anterioare care s-au concentrat în principal pe tendințele de performanță ale dispozitivelor și pe caracterizarea electrică suplimentară, această lucrare se concentrează pe un proces de analiză diagnostică bazat pe spectroscopie de admitanță. Analiza a fost extinsă la funcții de răspuns rezolvate în frecvență și mapări ale regiunilor de polarizare, iar răspunsul capcanei de electroni a fost clar distins de contribuția mai lentă a ionilor, oferind astfel o explicație mai mecanicistă pentru acumularea de sarcină, recombinare și stabilitate.
