Codopage double pérovskites pour simple

Jan 21, 2024

22 mai 2023

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par l'Institut de technologie de Pékin Press Co., Ltd

Un nouvel article publié dans Energy Material Advances explore les doubles pérovskites codopantes Eu3 + -Bi3 + pour les diodes électroluminescentes blanches à un seul composant.

"Avec les pérovskites aux halogénures de plomb atteignant un stade de recherche mature approchant la commercialisation des produits, des inquiétudes subsistent quant à la stabilité des matériaux et à la toxicité des sels à base de plomb", a déclaré l'auteur de l'article Hongwei Song, professeur au Collège des sciences et de l'ingénierie électroniques de l'Université de Jilin.

Les pérovskites doubles à composition Cs2AgInCl6, souvent dopées avec divers éléments, ont été à l'honneur en raison de leurs propriétés optiques intrigantes, à savoir l'émission d'excitons auto-piégés (STE) et la photoluminescence induite par le dopant. Cet intérêt a suscité différentes approches de synthèse vers les cristaux et les nanocristaux, et l'exploration de nombreuses compositions d'alliages avec des cations mono- et trivalents autres que Ag+ et In3+.

Song a expliqué que, dans le développement de matériaux pérovskites sans plomb, la première pensée des gens était de remplacer l'élément Pb par un élément non toxique. Afin de remplacer le Pb dans la pérovskite halogénée, les chercheurs ont choisi plusieurs cations peu toxiques dans la même période la plus proche, tels que Sn, Ge, Bi, Sb, In, etc., car ils ont une orbitale de coquille inactive similaire.

C'est la clé des propriétés photoélectriques uniques des matériaux pérovskites. Les matériaux de pérovskite à base de plomb ont attiré une grande attention dans le domaine de l'éclairage à semi-conducteurs en raison de leur rendement élevé, de leur rendu des couleurs élevé et de leurs performances de luminescence réglables. C'est à la fois une opportunité et un défi pour le développement global de l'industrie photoélectrique.

"Depuis les travaux pionniers sur Cs2AgInCl6 en 2017 rapportés par Giustino et al. et Zhou et al. presque simultanément, de nombreux efforts ont été consacrés à sa synthèse, à la modification de sa composition, à l'étude de sa structure électronique, de ses propriétés optoélectroniques et de ses applications. Récemment , un record d'émission de lumière blanche avec 86 % de PLQY a été atteint par Luo et al. via un alliage simultané d'Ag+ avec un dopage Na+ et Bi3+, marquant une étape importante dans le développement de matériaux liés à Cs2AgInCl6", a déclaré Song.

"Malgré plusieurs avantages, les problèmes majeurs de ces pérovskites aux halogénures de plomb restent leur faible stabilité et leur faible toxicité. Afin de résoudre ces problèmes, diverses tentatives ont été faites pour réduire la toxicité des pérovskites tout en conservant leurs propriétés optiques efficaces."

L'existence d'ions Bi3+ diminue l'énergie d'excitation (absorption), fournit un nouveau canal d'absorption et augmente le taux de transfert d'énergie vers les ions Eu3+. En ajustant les concentrations de Bi3+ et Eu3+, une efficacité de photoluminescence maximale (PLQY) de 80,1 % est obtenue dans des DP co-dopés Cs2AgInCl6 à 6 % Eu3+ et 0,5 % Bi3+.

"L'efficacité du transfert d'énergie peut être ajustée avec les taux de décroissance sous différentes concentrations de dopage Bi3+. On peut voir que le taux de transfert d'énergie s'améliore dans son ensemble avec l'augmentation de la concentration de dopage de Bi3+, et le taux de transfert d'énergie optimal correspondant à la La concentration en Bi3+ est de 0,5 %. Ensuite, nous avons effectué un test PLQY sur les matériaux. Pour les DP Cs2AgInCl6 non dopés, le PLQY n'est que de 0,5 %, ce qui augmente considérablement à 20,1 % après l'ajout de Bi3+. Après avoir été co-dopé avec Eu3+ et En ions Bi3+, le PLQY continue d'augmenter et atteint le maximum de 80,1 % lorsque la concentration en Eu atteint 6 % », a déclaré Song.

"Ici, nous proposons un mécanisme possible pour décrire l'émission Eu3+ dans Bi/Eu3+ : Cs2AgInCl6. Cs2AgInCl6 DP est un semi-conducteur à bande interdite directe. Le dopage Bi3+ fournit un nouveau canal d'absorption pour le matériau, qui peut être causé par la contribution de l'orbitale Bi3+ dans le bord de la bande, brisant la transition d'interdiction de compatibilité STE-état, générant un nouveau canal d'absorption de la lumière à une énergie inférieure et favorisant le PLQY émis par STE.Pour l'émission Eu3 +, nous pensons qu'il existe deux voies.Premièrement, le transfert d'énergie de STE aux ions Eu3+ est possible car nous avons observé l'émission Eu3+ dans les DP Cs2AgInCl6 dopés Eu3+. Deuxièmement, l'émission Eu3+ peut provenir principalement du transfert d'énergie des ions Bi3+ vers les ions Eu3+. Les ions Bi3+ absorbent la lumière d'excitation et transfèrent la énergie des niveaux 1P1, 3P2, 3P1, 3P0 des ions Bi3+ aux niveaux 5D3, 5D2, 5D1 et 5D0 des ions Eu3+ L'émission caractéristique des ions Eu3+ est alors formée par 5D0→7Fj(j=0,1,2,3) transitions."

"Enfin, nous avons préparé les diodes électroluminescentes blanches à base de DP Cs2AgInCl6 codopés Bi3+ et Eu3+ qui ont été fabriquées avec l'indice de rendu des couleurs optimal de 89, l'efficacité lumineuse optimale de 88,1 lm/W et une demi-vie de 1493 h. Cette stratégie de conférer des fonctions optiques aux DP aux halogénures métalliques peut conduire à de futures applications, telles que les communications par fibre optique, l'éclairage quotidien, l'industrie militaire, les écrans et d'autres domaines », a déclaré Song.

Plus d'information: Tianyuan Wang et al, Eu3+-Bi3+ Codoping Double Pérovskites pour les diodes électroluminescentes blanches à un seul composant, Energy Material Advances (2023). DOI : 10.34133/energymatadv.0024

Fourni par l'Institut de technologie de Pékin Press Co., Ltd