Alguns diodos emissores de luz (LEDs) criados a partir de perovskita, uma classe de materiais optoeletrônicos, emitem luz em uma ampla faixa de comprimento de onda. Cientistas da Universidade de Groningen mostraram agora que, em alguns casos, a explicação deste fenômeno está incorreta. Sua nova explicação deve ajudar os cientistas a projetar LEDs de perovskita, capazes de emitir luz de amplo alcance. O estudo foi publicado na revista Nature Communications em 11 de maio.

As perovskitas de baixa dimensão (2-D ou 1-D) emitem luz em uma faixa espectral estreita e, portanto, são usadas para fazer diodos emissores de luz de pureza de cor superior. Contudo, em alguns casos, pesquisadores notaram um amplo espectro de emissão em níveis de energia abaixo do estreito espectro. Isso atraiu grande interesse, pois poderia ser usado para produzir LEDs de luz branca com mais facilidade em comparação com os processos atuais. Para projetar perovskites para fins específicos, Contudo, é necessário entender por que algumas perovskitas produzem emissões de amplo espectro, enquanto outras emitem um espectro estreito.

Confinamento quântico

As perovskitas são um grupo versátil de materiais com uma estrutura cristalina distinta, conhecida como estrutura perovskita. Em uma célula unitária cúbica idealizada, ânions formam um octaedro em torno de um cátion central, enquanto os cantos do cubo são ocupados por outro, cátions maiores. Diferentes íons podem ser usados ​​para criar diferentes perovskitas.

Em perovskitas híbridas, os cátions são moléculas orgânicas de diferentes tamanhos. Quando o tamanho excede uma certa dimensão, a estrutura torna-se bidimensional ou em camadas. O confinamento quântico resultante tem grandes consequências para as propriedades físicas do material, e em particular, para as propriedades ópticas.

Emissões

"Existem muitos relatórios na literatura onde, além da emissão estreita desses sistemas de baixa dimensão, há um amplo espectro de baixa energia. E isso é considerado uma propriedade intrínseca do material, "diz Maria Loi, Professor de Fotofísica e Optoeletrônica na Universidade de Groningen. Anteriormente, os pesquisadores acreditam que as vibrações dos átomos do octaedro podem "prender" uma expressão excitada em um exciton auto-aprisionado, ou estado de excitação auto-aprisionado, causando a fotoluminescência de amplo espectro, especialmente nestes sistemas bidimensionais e em sistemas onde os octaedros são isolados uns dos outros (dimensão zero).

Contudo, observações feitas no laboratório de Loi parecem contradizer esta teoria, diz Simon Kahmann, pesquisadora de pós-doutorado em sua equipe. "Um de nossos alunos estudou cristais únicos de uma perovskita 2-D à base de iodeto de chumbo e notou que alguns cristais emitiam luz verde e outros luz vermelha. Isso não é o que você esperaria se a ampla emissão vermelha fosse uma propriedade intrínseca de este material."

Cor

A equipe de pesquisa propôs que defeitos nessas perovskitas podem alterar a cor da luz emitida, . Portanto, eles decidiram testar a interpretação convencional com um experimento ad hoc. Loi diz, "Na explicação teórica aceita, as excitações devem ser maiores do que o bandgap para produzir uma emissão ampla. "O bandgap é a diferença de energia entre o topo da banda de valência e a parte inferior da banda de condução.

Usando luz laser de cores diferentes, e, portanto, de energias diferentes, eles estudaram a emissão dos cristais. "Notamos que quando usamos fótons abaixo da energia do bandgap, a ampla emissão ainda ocorreu, "diz Loi." Isso não deveria ter acontecido de acordo com a interpretação dominante. "

A explicação deles é que um estado de defeito com um nível de energia dentro do bandgap está governando a ampla emissão e a grande variação de cor dos cristais. “Achamos que é um defeito químico do cristal, provavelmente relacionado ao iodeto, que causa estados dentro do gap, "diz Kahmann. Assim, as emissões amplas não são uma propriedade intrínseca do material, mas são causados ​​por um efeito extrínseco. Kahmann:"Neste ponto, não podemos descartar totalmente que esta é uma peculiaridade das perovskitas de iodeto de chumbo, mas é provável que seja uma propriedade geral das perovskitas de baixa dimensão. "Esta descoberta tem consequências profundas, explica Loi. "Se quisermos prever novos e melhores compostos que emitem luz amplamente, precisamos entender a origem dessa emissão. Não devemos ser enganados por este camaleão. "

Há pouco mais de 10 anos, uma classe de materiais mudou para o centro das atenções da pesquisa científica. Esses materiais podem converter luz em eletricidade ou eletricidade em luz:perovskitas híbridas. Eles podem ser usados ​​em células solares, detectores de luz ou raios-X, mas também podem ser usados ​​como diodos emissores de luz. Algumas perovskitas emitem luz em uma faixa estreita de comprimento de onda, enquanto outras produzem emissões de banda larga que poderiam ser usadas para produzir luz branca. Cientistas da Universidade de Groningen mostraram agora que a ampla emissão em perovskitas de iodeto de chumbo 2-D não é uma propriedade intrínseca do material. Isso significa que não é muito eficiente. Isso significa que as investigações ópticas dessa classe de materiais devem ser interpretadas com cuidado.