Patente del diodo emisor de luz de perovskita

La perovskita fue descubierta por el mineralogista alemán Gustav Rose en los Montes Urales, en el centro de Rusia, en 1839. Decidió utilizar la gran geología de su corazón para El mineral lleva el nombre del poeta Lev Perovski . El mineral es un cristal compuesto organometálico común cuyo componente principal es el titanato de calcio (CaTiO3). Más tarde se habló de células de perovskita, que no estaban hechas del material mineral que descubrió, sino que utilizaban compuestos con una estructura cristalina similar a la de las perovskitas.

Diagrama esquemático de la estructura cristalina de la perovskita

En los últimos años, se han realizado muchos estudios sobre la perovskita, que a menudo se publican en revistas de primer nivel como Nature y Science. Como nuevo material estelar, incluso el grafeno tiene que admitir su fracaso.

El 20 de octubre de 2021, los equipos de investigación del profesor Min Gyu Kim de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang, Tae Joo Shin y Sang Il Seok del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan informaron conjuntamente que al convertir el Enlace Cl El SnO2 combinado se acopla con el precursor de perovskita que contiene Cl para formar una capa intermedia entre la capa de transporte de electrones de SnO2 y la capa de absorción de luz de perovskita de haluro. La capa intermedia tiene coherencia atómica, lo que mejora la extracción y el transporte de carga en la capa de perovskita y reduce los defectos de la interfaz. El trabajo de investigación fue publicado en la revista Nature con el título "Células solares de perovskita con capas intermedias atómicamente coherentes sobre electrodos de dióxido de estaño".

Solo una semana después, el 29 de octubre de 2021, volvieron a llegar buenas noticias y las perovskitas volvieron a aparecer en las principales revistas. ¡Echemos un vistazo!

Las perovskitas de haluro de plomo (LHP) muestran bandas prohibidas sintonizables, alta movilidad de los portadores y fotoluminiscencia (PL) de banda estrecha brillante. Estos materiales ofrecen ventajas en aplicaciones optoelectrónicas en comparación con los materiales semiconductores tradicionales basados ​​en silicio y binarios II-VI, III-V y IV-VI. Sin embargo, para una integración tecnológica exitosa, los LHP deben superar su polimorfismo inherente; Por ejemplo, se encontraron altas absorbancias ópticas y bandas prohibidas directas adecuadas para diodos emisores de luz (LED) fotovoltaicos y rojos en la fase pseudocúbica "negra" (fases α, β y γ) de CsPbI3, pero los factores termodinámicos promovieron Su transformación a la fase delta "amarilla" de perovskita inactiva en condiciones ambientales (Figura 1A). Los materiales LHP para diodos emisores de luz blanca dependerán principalmente de la estabilidad de este emisor rojo, e idealmente se combinará en una única estructura de material emisor de luz de banda ancha.

La formación de compuestos de LHP puede proporcionar soluciones a algunos de estos problemas, pero la naturaleza iónica del LHP no es del todo propicia para la fabricación de compuestos. Las pérdidas funcionales resultantes incluyen agregación y desmontaje de LHP, estabilidad mecánica deficiente causada por interacciones interfaciales débiles con la matriz seleccionada y la formación de altas concentraciones de estados trampa. La investigación sobre estructuras zeolíticas de imidazol (ZIF), una subfamilia de estructuras organometálicas (MOF), ha permitido la adquisición de líquidos ZIF de alta temperatura y vidrios microporosos después del enfriamiento. El vidrio ZIF tiene propiedades físicas y químicas únicas en términos de porosidad, reactividad, rigidez mecánica, ductilidad y respuesta óptica, y se ha utilizado como matriz para MOF cristalinos. Juntas, estas propiedades hacen del vidrio ZIF la primera opción para abordar los múltiples desafíos de los compuestos LHP.

2. Resultados de la investigación

Los semiconductores de perovskita de haluro de plomo (LHP) muestran excelentes propiedades optoelectrónicas. Sin embargo, los obstáculos para su aplicación son su polimorfismo, la inestabilidad a los disolventes polares, la separación de fases y la susceptibilidad a la lixiviación de iones de plomo. Recientemente, los grupos de investigación de los profesores Wang Lianzhou y Hou Jingwei de la Universidad de Queensland informaron sobre una serie de materiales compuestos expandibles preparados mediante sinterización en fase líquida de LHP y vidrios de estructura organometálica. Como matriz de los LHP, el vidrio puede estabilizar eficazmente la fase de perovskita en desequilibrio a través de interacciones interfaciales. Estas interacciones también pasivan los defectos de la superficie de LHP, dándole propiedades de fotoluminiscencia de banda estrecha y brillante, lo que da como resultado diodos emisores de luz blanca. El compuesto procesable exhibe una alta estabilidad cuando se sumerge en agua y disolventes orgánicos y se expone al calor, la luz, el aire y la humedad ambiental. Estas propiedades, junto con su capacidad para autoaislar el plomo, permiten aplicaciones innovadoras para los LHP.

Un trabajo de investigación relevante se publicó en la importante revista internacional "Science" con el título "Sinterización en fase líquida de perovskitas de haluro de plomo y vidrios de estructura organometálica".

3. Expreso Gráfico

Figura 1. Preparación de materiales compuestos (CsPbI3)0,25(agZIF-62)0,75 a diferentes temperaturas de sinterización.

Figura 2. Evolución de la estructura y unión durante la sinterización.

Los autores describen un nuevo compuesto elaborado a partir de matrices de vidrio LHP y ZIF cristalino sinterizado en fase líquida y muestran que se pueden aplicar técnicas de procesamiento de polvo industrial utilizadas para formar compuestos de alto rendimiento. Vidrios LHP y ZIF químicamente diferentes. zif-62 {Zn[(IM)1.95(BIM)0.05]}(IM, sal de imidazol; BIM (éster de bencimidazol) y CsPbI3 se sintetizaron por primera vez mediante mecanoquímica y mostraron la transición de fase esperada (Fig. 1A). Luego, 25% en peso de CsPbI3 se mezcló con vidrio ZIF-62 [indicado como agZIF-62, temperatura de transición vítrea (Tg) ~ 304, la mezcla se denominó (CsPbI3)(agZIF-62) (25/75) y la radiación sincrotrón mostró la XRD. formación de una fase δ-CsPbI3 no perovskita en la mezcla. La mezcla se sinterizó a diferentes temperaturas (hasta 350 ° C) y luego se enfrió con nitrógeno líquido bajo un flujo de argón (argón) (llamado enfriamiento a baja temperatura). El material compuesto, llamado (CsPbI3)0.25(agZIF-62)0.75, exhibe características de XRD consistentes con g-CsPbI3 metaestable, y su resistencia aumenta gradualmente a medida que aumenta la temperatura de sinterización (Figura 1B. Se observó una pérdida de peso insignificante).

Figura 3. Distribución de fases del composite (CsPbI3)0.25(agZIF62)0.75 preparado mediante el método de sinterización 300

Figura 4. Estabilidad y propiedades ópticas de los materiales

Finalmente. , la matriz compuesta formada a partir de CsPbX3 (X = Cl, Br e iones de haluro mixtos) y agZIF-62 mostró una amplia gama de colores con picos de PL estrechos (Fig. 4, B y C). Para todos los compuestos de CsPbX3, su intensidad de fotoluminiscencia absoluta. es al menos dos órdenes de magnitud mayor que la de las correspondientes muestras de CsPbX3 puro, tanto durante la síntesis como después del mismo tratamiento de sinterización. Alta procesabilidad (Figura 4D), lo que convierte a estos materiales monolíticos en candidatos ideales para diodos emisores de luz blanca.

IV. Conclusión y perspectivas

Verbo (abreviatura de verbo) Literatura

Enlace de literatura: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abf 4460.

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