Las perovskitas de haluro metálico han surgido recientemente como un material alternativo excepcionalmente prometedor para las aplicaciones optoelectrónicas de la próxima generación. Especialmente, las estructuras de perovskita de tamaño nanoescalar poseen propiedades fotofísicas notables, como banda prohibida directa, sintonía de color, gran sección transversal de absorción y ancho de línea de fotoluminiscencia estrechoJunto con su bajo costo, factibilidad para la síntesis a escala, procesabilidad de la solución y compatibilidad con componentes de dispositivos optoelectrónicos existentes, estas propiedades hacen que los nanocristales de perovskita de haluro metálico sean una alternativa factible a otros materiales semiconductores para una gama de aplicaciones de emisión de luz, incluidas pantallas, iluminación, láser, así como dispositivos de memoria.
Sin embargo, si bien los nanocristales de perovskita muestran un rendimiento de fotoluminiscencia muy alto, los dispositivos de electroluminiscencia preparados a partir de tales nanocristales han sufrido durante mucho tiempo una baja eficiencia. Los esfuerzos recientes se han concentrado en la ingeniería de dispositivos para superar este problema, pero hasta ahora no ha habido ningún estudio sistemático sobre la nanoescalaorigen físico de las eficiencias pobres. Aquí, el equipo del profesor Martin Vacha de Tokyo Tech usó la detección microscópica de partículas individuales y la espectroscopía para estudiar el proceso de electroluminiscencia en el nivel de nanocristales individuales.
El equipo usó nanocristales de la perovskita CsPbBr3 pasivada en superficie con ligandos de ácido oleico, dispersos en una película delgada de un polímero conductor que se utilizó como capa de emisión en un dispositivo emisor de luz LED. El dispositivo fue construido para usarse enparte superior de un microscopio de fluorescencia invertido que permitió la comparación de electroluminiscencia y fotoluminiscencia de los mismos nanocristales. Los nanocristales CsPbBr3 forman agregados dentro de la capa de emisión, con cada agregado que contiene decenas a cientos de nanocristales individuales. Los investigadores utilizaron una técnica microscópica avanzada de superesoluciónimágenes para descubrir que, mientras que en la fotoluminiscencia todos los nanocristales en el agregado emiten luz, en la electroluminiscencia solo un pequeño número típicamente 3-7 de los nanocristales está emitiendo activamente. La electroluminiscencia de solo un número limitado de nanocristales es el resultado del tamañodistribución y el consiguiente paisaje energético dentro del agregado. Cargas eléctricas quese inyectan en el dispositivo durante la operación, se capturan en nanocristales individuales y se canalizan de manera eficiente hacia los nanocristales más grandes.Los nanocristales más grandes dentro del agregado tienen la brecha de banda de energía más pequeña, y sus bandas de valencia y conducción funcionan como trampas para las cargas capturadas originalmente en los nanocristales circundantes.El entorno conductor presente entre los nanocristales permite la migración eficiente de las cargas a estas trampas desde donde tiene lugar la electroluminiscencia.
Otro hallazgo importante es que la intensidad de la electroluminiscencia de los nanocristales que emiten activamente no es constante, sino que muestra fuertes fluctuaciones, llamadas parpadeo. Tal parpadeo no está presente en la fotoluminiscencia de los mismos agregados. Los investigadores han encontrado previamente que el parpadeo puedeser causado por la matriz conductora, así como por el campo eléctrico aplicado externamente ACS Nano13, 2019, 624. En el dispositivo LED, el fenómeno de parpadeo es un factor crucial que contribuye a la menor eficiencia en la electroluminiscencia. Los investigadores concluyeron que la eficiencia de la electroluminiscenciaes solo alrededor de un tercio de la fotoluminiscencia debido a la presencia del fenómeno de parpadeo.
El presente trabajo señala un camino hacia la caracterización eficiente a nanoescala de la electroluminiscencia de materiales de perovskita de haluro para aplicaciones de emisión de luz. Una de las claves para una mayor eficiencia será la ingeniería de superficie de los nanocristales que suprimiría las fluctuaciones de intensidad.
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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