Perovskitas de haleto de chumbo (por exemplo, MAPbI₃ ) são uma família emergente de materiais semicondutores com excelentes propriedades optoeletrônicas, ideais para aplicações fotovoltaicas e de emissão de luz. Migração iônica significativa tem sido relatada nestes materiais e é um dos principais mecanismos responsáveis ​​pela histerese I-V anômala e baixa estabilidade nas células solares de perovskita.
Particularmente, perovskitas de haletos mistos exibem ainda "segregação" de ânions haletos fotoinduzidos sob iluminação contínua acima do bandgap, e o processo é reversível quando a iluminação é removida. Este fenômeno de segregação é comumente visto como um efeito adverso para as aplicações optoeletrônicas e deve ser suprimido.

O efeito mais observado da segregação de íons é o desvio para o vermelho no pico de fotoluminescência (PL) do comprimento de onda esperado para a liga para uma composição significativamente maior de iodo. É geralmente afirmado que uma liga uniforme MAPbI_1-x Br_x segregaria em domínios ricos em iodo e ricos em bromo dentro da área iluminada.

Vários mecanismos microscópicos foram propostos para explicar o fenômeno. No entanto, nenhum deles pode explicar inequivocamente todos os aspectos-chave do fenômeno. De fato, as características químicas e estruturais das chamadas regiões "ricas em Br" e "ricas em I" ainda não são bem compreendidas, embora sejam implicitamente assumidas como ligas simplesmente ricas em Br e ricas em I, respectivamente.

Em um novo artigo publicado em Light:Science &Applications por cientistas do Empa-Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology, Suíça, Universidade da Carolina do Norte em Charlotte, EUA, e Universidade de Tsinghua, China descobriram que a segregação de ânions na liga de haletos mistos é um efeito não local do qual o íon a redistribuição pode ocorrer em uma escala macroscópica ou mesoscópica muito além da área iluminada em uma escala proporcional ao tamanho do feixe de iluminação, até bem mais de mm. Este trabalho oferece uma perspectiva completamente nova para a geralmente assumida segregação de ânions "no local" foto-induzida em ligas de perovskita de haletos mistos.

Os autores afirmam que "especificamente, descobrimos que, sob iluminação, dentro da área de iluminação, o pico PL é deslocado para o vermelho da posição inicial; enquanto simultaneamente, fora da área iluminada, o pico PL da liga é fortemente realçado em uma área do anel circulando o Além disso, o processo é reversível, mas não monotônico, exibindo oscilações amortecidas de frequência ultrabaixa entre o anel e o centro em termos de intensidade e posição do PL."

"Essas observações surpreendentes podem ser explicadas porque os íons Br livres são expelidos da área iluminada, resultando em uma área carregada positivamente, e concomitantemente formando um anel rico em Br carregado negativamente, ambos fora da estequiometria da liga original. Esse fenômeno pode ser visto como uma analogia iônica de uma formação de anel PL mesoscópico longe do local iluminado em poços quânticos de GaAs/AlGaAs, resultante da disparidade nos comprimentos de difusão de elétrons e buracos e, portanto, seus perfis espaciais", acrescentaram.

Os autores sugerem que o comportamento oscilatório peculiar pode refletir uma oscilação do plasma iônico ou plasmon iônico, o que não foi relatado em sólidos. Além das implicações mais amplas além do campo das perovskitas de haletos, essas descobertas oferecem novos insights sobre o mecanismo subjacente da segregação de íons nas ligas de haletos mistos, o que torna não necessariamente um fenômeno adverso para suprimir, mas algo potencialmente útil, por exemplo, para energia armazenar. Como demonstração promissora, foi medida uma tensão em torno de 0,4 V entre o centro e o anel, apontando para a possibilidade de uma bateria poder ser carregada diretamente pela luz. + Explorar mais

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