p Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) usaram espectroscopia de partícula única para estudar a eletroluminescência em dispositivos emissores de luz. Eles descobriram que o afunilamento de carga eficiente entre os nanocristais de perovskita individuais e o fenômeno de piscar de emissão são responsáveis ​​pela baixa eficiência dos dispositivos emissores de luz de perovskita. p As perovskitas de haleto metálico surgiram recentemente como um material alternativo excepcionalmente promissor para aplicações optoeletrônicas de próxima geração. Estruturas de perovskita em nanoescala possuem propriedades fotofísicas notáveis, como bandgap direto, ajuste de cor, uma grande seção transversal de absorção, e largura de linha estreita de fotoluminescência. Junto com seu baixo custo, viabilidade para síntese de aumento de escala, capacidade de processamento e compatibilidade da solução com componentes de dispositivos optoeletrônicos existentes, essas propriedades tornam os nanocristais de perovskita de haleto metálico uma alternativa viável a outros materiais semicondutores para uma gama de aplicações de emissão de luz, incluindo monitores, iluminação, lasers, bem como dispositivos de memória.

p Contudo, enquanto os nanocristais de perovskita mostram um rendimento de fotoluminescência muito alto, dispositivos de eletroluminescência preparados a partir de tais nanocristais há muito sofrem com a baixa eficiência. Esforços recentes têm se concentrado na engenharia de dispositivos para superar esse problema, Mas por enquanto, não houve nenhum estudo sistemático sobre a origem física em nanoescala das baixas eficiências. Aqui, a equipe do prof. Martin Vacha, da Tokyo Tech, usou detecção microscópica de partícula única e espectroscopia para estudar o processo de eletroluminescência no nível de nanocristais individuais.

p A equipe usou nanocristais da perovskita CsPbBr ₃ superfície passivada com ligantes de ácido oleico, disperso em película fina de um polímero condutor que foi usado como uma camada de emissão em um dispositivo de emissão de luz (LED). O dispositivo foi construído para uso em cima de um microscópio invertido de fluorescência, que permitiu a comparação de eletroluminescência e fotoluminescência dos mesmos nanocristais. O CsPbBr ₃ nanocristais formam agregados dentro da camada de emissão, com cada agregado contendo dezenas a centenas de nanocristais individuais.

p Os pesquisadores usaram imagens de super-resolução avançadas para determinar que, enquanto em fotoluminescência, todos os nanocristais no agregado emitem luz; na eletroluminescência, apenas um pequeno número (normalmente três a sete) dos nanocristais estão emitindo ativamente (Fig. 1). Isso é resultado da distribuição do tamanho e da consequente paisagem de energia dentro do agregado. Cargas elétricas que são injetadas no dispositivo durante a operação são capturadas em nanocristais individuais e eficientemente canalizadas para os maiores nanocristais. Os maiores nanocristais dentro do agregado têm o menor intervalo de energia, e suas bandas de valência e condução funcionam como armadilhas para cargas capturadas originalmente nos nanocristais circundantes. O ambiente condutor presente entre os nanocristais permite a migração eficiente das cargas para essas armadilhas de onde a eletroluminescência ocorre, como mostrado esquematicamente na Fig. 1.

p Outra descoberta importante é que a intensidade da eletroluminescência dos nanocristais que emitem ativamente não é constante, mas mostra fortes flutuações, o chamado piscar (Fig. 1). Esse piscar não está presente na fotoluminescência dos mesmos agregados. Os pesquisadores descobriram anteriormente que o piscar pode ser causado pela matriz condutiva, bem como por campo elétrico aplicado externamente. No dispositivo LED, o fenômeno de piscar é um fator crucial que contribui para a menor eficiência na eletroluminescência. Os pesquisadores concluíram que a eficiência da eletroluminescência é apenas cerca de um terço da fotoluminescência devido à presença do fenômeno de piscar.

p O presente trabalho aponta um caminho para a caracterização em nanoescala eficiente da eletroluminescência de materiais perovskita de haleto para aplicações emissoras de luz. Uma das chaves para uma maior eficiência será a engenharia de superfície dos nanocristais que suprimiria as flutuações de intensidade.