La iluminación artificial representa una quinta parte del consumo mundial de electricidad, y el desarrollo de materiales de luminiscencia eficientes y estables es fundamental para evitar el desperdicio innecesario de energía eléctrica. Los emisores individuales con emisión de banda ancha, como las perovskitas de haluro de plomo, han despertado recientemente una gran atención por las aplicaciones de visualización e iluminación artificial. Para desarrollar perovskitas estables y sin plomo con emisión de banda ancha, los investigadores en China se enfocaron en perovskitas de haluro de bismuto de baja dimensión.

Publicaron su trabajo el 15 de abril en Energy Material Advances .

"Los emisores individuales con emisión de banda ancha pueden sortear los problemas críticos que enfrentan los emisores mixtos y multicomponentes tradicionales, como las pérdidas de eficiencia causadas por la autoabsorción, la estructura compleja del dispositivo y la inestabilidad de los colores debido a las diferentes tasas de degradación de los fósforos", dijo. autor del artículo Rengui Li, profesor del Laboratorio Estatal Clave de Catálisis, Laboratorio Nacional de Energía Limpia de Dalian, Instituto de Física Química de Dalian, Academia de Ciencias de China (CAS). "Las perovskitas de haluro de plomo se han convertido en materiales optoelectrónicos de próxima generación muy atractivos para aplicaciones de emisión de luz debido a sus extraordinarias propiedades fotoeléctricas".

Li explicó que las perovskitas de haluro de plomo híbrido orgánico-inorgánico de baja dimensión dominan la investigación de la emisión de banda ancha y se benefician de sus fuertes interacciones de acoplamiento de electrones y fonones que inducen la generación de excitones autoatrapados.

"Sin embargo, la toxicidad del plomo y la inestabilidad intrínseca causada por los cationes orgánicos dificultan sus futuras aplicaciones comerciales", dijo Li. "Por lo tanto, es imperativo desarrollar perovskitas de haluros inorgánicos sin plomo con emisión de banda ancha de alta eficiencia".

Las perovskitas de haluro basadas en bismuto han atraído una atención considerable en los campos optoelectrónicos debido a su baja toxicidad, buena estabilidad química y la configuración isoelectrónica de Bi ³⁺ con Pb ²⁺ . Según Li, el Cs₃ Bi₂ hermano₉ ha surgido como un emisor para aplicaciones de emisión de luz dada una gran energía de unión de excitones para promover la recombinación de excitones de manera eficiente. Sin embargo, hay algunos informes sobre Cs₃ Bi₂ hermano₉ para la emisión de luz de banda ancha a temperatura y presión ambiente, aunque la baja dimensionalidad electrónica y el fuerte confinamiento cuántico que trae la estructura en capas ordenada por vacantes le otorgan ese potencial.

Una de las razones dominantes es que Cs₃ Bi₂ hermano₉ posee un acoplamiento excitón-fonón extremadamente fuerte debido a la microestructura localizada y comprimida; Li dijo que eso puede dar como resultado que los excitones autoatrapados responsables de la amplia banda de fotoluminiscencia sean más susceptibles a la extinción térmica mediante la emisión de fonones no radiativos, por lo que Cs₃ Bi₂ hermano₉ solo exhibe emisión de banda ancha a bajas temperaturas o alta presión. Li y su equipo han buscado desarrollar la emisión de banda ancha para Cs₃ Bi₂ hermano₉ y, lo que es más importante, descubrir el mecanismo de luminiscencia.

"En este documento, hemos incorporado con éxito una pequeña cantidad de Sb (0,13% en peso) en el Cs₃ Bi₂ hermano₉ sin perturbar su estructura de largo alcance", dijo Li. "El Cs₃ resultante Bi₂ hermano₉ :Sb exhibe una emisión de banda ancha prominente y una notable mejora del rendimiento cuántico de fotoluminiscencia (PLQY)."

"El PLQY mejorado se atribuye a la regulación de las vías de recombinación de excitones mediante la incorporación de Sb y la recombinación no radiativa de los excitones autoatrapados disminuye", dijo Li.

Los espectros de absorción transitoria de femtosegundos revelan la presencia de diferentes niveles de energía de los excitones autoatrapados, y después de la fotoexcitación, los excitones libres excitados se transfieren a los excitones autoatrapados que experimentan los niveles de energía de gradiente, y los excitones autoatrapados extrínsecos en varios estados de energía contribuyen a la emisión de banda ancha, dijo Li, el Cs₃ Bi₂ hermano₉ :Sb exhibe una excelente estabilidad estructural y óptica durante meses, lo que allana el camino para las posibles aplicaciones de luminiscencia de las perovskitas de haluro sin plomo. + Explora más

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