Micrografías de fluorescencia durante la compresión y la intensidad de PL y contribución de la emisión de los estados atrapados en función de la presión. Crédito:Centro de Investigación Avanzada en Ciencia y Tecnología de Alta Presión
Las perovskitas de haluro orgánico-inorgánico bidimensionales (2-D) son materiales emergentes para aplicaciones fotovoltaicas y optoelectrónicas debido a sus propiedades físicas únicas y un alto grado de sintonización. A pesar de los impresionantes avances, los desafíos permanecen, incluyendo un desempeño insatisfactorio y una vaga comprensión de sus relaciones estructura-propiedad. Abordar estos desafíos requiere sistemas de materiales más adecuados y métodos avanzados de caracterización in situ.
Un equipo internacional dirigido por el Dr. Xujie Lü y el Dr. Wenge Yang del Centro de Investigación Avanzada en Ciencia y Tecnología de Alta Presión (HPSTAR) y el Prof.Song Jin de la Universidad de Wisconsin-Madison descubrió que la compresión reticular bajo una presión leve suprime considerablemente el atrapamiento del portador de una perovskita 2-D (HA) 2 (GA) Pb 2 I 7 , conduciendo a una emisión significativamente mejorada. Curiosamente, una nueva fase obtenida después del tratamiento a presión posee una mayor simetría cristalográfica, menos estados trampa, e intensidad PL mejorada. Los hallazgos se publicaron recientemente en Angew. Chem. En t. Ed.
La compresión de celosía mediante presión hidrostática es una forma eficaz de ajustar las propiedades estructurales y ópticas de las perovskitas de haluro bidimensionales (2-D), una nueva clase de materiales emergentes para aplicaciones fotovoltaicas y emisoras de luz. Sin embargo, pocos ejemplos muestran un rendimiento de fotoluminiscencia (PL) mejorado de perovskitas 2-D tras la compresión, y la relación estructura-propiedad sigue sin estar clara.
En este trabajo, el equipo usó presión para modular una perovskita (HA) 2-D desarrollada recientemente 2 (GA) Pb 2 I 7 , cuya estructura presenta una enorme jaula previamente inalcanzable. Esto brinda una oportunidad única para comprender la relación estructura-propiedad y explorar los fenómenos emergentes. Impresionantemente se logró una notable mejora de PL de 12 veces bajo una presión suave dentro de 1,6 GPa. El mecanismo subyacente fue investigado sistemáticamente por estructuras, espectroscópico y análisis teóricos. La contracción de la red conduce a un endurecimiento del fonón que reduce considerablemente la interacción excitón-fonón y, por lo tanto, aumenta la barrera potencial para el atrapamiento de portadores. Por lo tanto, los portadores fotogenerados apenas pueden formar los estados atrapados, y la vía de recombinación no radiativa está principalmente bloqueada, resultando en una emisión mejorada de los excitones libres.
Curiosamente, por primera vez, revelaron un proceso irreversible y anómalo durante la descompresión, obteniendo un amarillo, no luminiscente, fase amorfa de (HA) 2 (GA) Pb 2 I 7 con una banda prohibida más alta. La emisión puede activarse y aumentarse drásticamente bajo irradiación láser cuando la presión se liberó a 1,5 GPa, acompañado de un cambio de color de amarillo a naranja. Basado en esta observación, utilizaron el rayo láser para dibujar un patrón 'HP' en la superficie de muestra amarilla en la cámara DAC. Cuando la presión se liberó por completo, la fase amarilla amorfa podría transformarse espontáneamente en una nueva fase naranja con PL mejorado en más del 100% en comparación con la muestra prístina. Una mayor caracterización estructural y análisis de espectros revela que la nueva fase posee una simetría cristalográfica más alta y menos atrapamiento de portadores.
Al usar presión para diseñar la perovskita de haluro 2-D altamente distorsionada, Este trabajo proporciona nuevos conocimientos sobre las relaciones estructura-propiedad de las perovskitas y también permite el descubrimiento de nuevos materiales de alto rendimiento a través de transiciones de fase inducidas por la presión.
