A iluminação artificial é responsável por um quinto do consumo global de eletricidade, e o desenvolvimento de materiais de luminescência eficientes e estáveis ​​é fundamental para evitar o desperdício desnecessário de energia elétrica. Os emissores únicos com emissão de banda larga, como perovskitas de haleto de chumbo, recentemente despertaram uma enorme atenção para iluminação artificial e aplicações de exibição. Para desenvolver perovskitas estáveis ​​e sem chumbo com emissão de banda larga, pesquisadores na China visaram perovskitas de haleto de bismuto de baixa dimensão.
Eles publicaram seu trabalho em 15 de abril na revista Energy Material Advances .

"Os emissores únicos com emissão de banda larga podem contornar problemas críticos enfrentados nos emissores tradicionais mistos e multicomponentes, como as perdas de eficiência causadas pela auto-absorção, a estrutura complexa do dispositivo e a instabilidade das cores devido às diferentes taxas de degradação dos fósforos", disse autor do artigo Rengui Li, professor do State Key Laboratory of Catalysis, Dalian National Laboratory for Clean Energy, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences (CAS). "As perovskitas de haleto de chumbo surgiram como materiais optoeletrônicos de próxima geração altamente atraentes para aplicações de emissão de luz devido às suas extraordinárias propriedades fotoelétricas".

Li explicou que as perovskitas de haleto de chumbo híbrido orgânico-inorgânico de baixa dimensão dominam a pesquisa de emissão de banda larga, beneficiando-se de suas fortes interações de acoplamento elétron-fônon, induzindo a geração de excitons auto-presos.

"No entanto, a toxicidade do chumbo e a instabilidade intrínseca causada por cátions orgânicos dificultam suas futuras aplicações comerciais", disse Li. “Portanto, é imperativo desenvolver perovskitas inorgânicas sem chumbo com emissão de banda larga de alta eficiência”.

As perovskitas de haletos à base de bismuto têm atraído considerável atenção em campos optoeletrônicos devido à sua baixa toxicidade, boa estabilidade química e configuração isoeletrônica de Bi ³⁺ com Pb ²⁺ . De acordo com Li, o Cs₃ Bi₂ Br₉ surgiu como um emissor para aplicações de emissão de luz, dada uma grande energia de ligação de éxciton para promover a recombinação de éxciton de forma eficiente. No entanto, existem alguns relatórios sobre Cs₃ Bi₂ Br₉ para emissão de luz de banda larga à temperatura e pressão ambiente, embora a baixa dimensionalidade eletrônica e o forte confinamento quântico trazido pela estrutura em camadas ordenada por vacância lhe confiram esse potencial.

Uma das razões dominantes é que Cs₃ Bi₂ Br₉ possui acoplamento exciton-fonon extremamente forte devido à microestrutura localizada e comprimida; Li disse que isso pode resultar em excitons auto-presos responsáveis ​​​​pela ampla banda de fotoluminescência sendo mais suscetíveis à extinção térmica através da emissão de fônons não radiativos, portanto, Cs₃ Bi₂ Br₉ só exibe emissão de banda larga em baixas temperaturas ou alta pressão. Li e sua equipe procuraram desenvolver a emissão de banda larga para Cs₃ Bi₂ Br₉ , e mais importante, para descobrir o mecanismo de luminescência.

"Neste artigo, incorporamos com sucesso uma pequena quantidade de Sb (0,13% em peso) no Cs₃ Bi₂ Br₉ sem perturbar sua estrutura de longo alcance", disse Li. "O resultado Cs₃ Bi₂ Br₉ :Sb exibe uma emissão de banda larga proeminente e um notável aprimoramento do rendimento quântico de fotoluminescência (PLQY)."

"O PLQY aprimorado é atribuído à regulação das vias de recombinação de excitons pela incorporação de Sb e a recombinação não radiativa de excitons auto-presos diminui", disse Li.

Os espectros de absorção transiente de femtossegundos revelam a presença de diferentes níveis de energia de excitons auto-aprisionados e, após a fotoexcitação, os éxcitons livres excitados são transferidos para éxcitons auto-aprisionados passando pelos níveis de energia do gradiente, e os éxcitons auto-aprisionados extrínsecos em vários estados de energia contribuem à emissão de banda larga, disse Li, o Cs₃ Bi₂ Br₉ :Sb exibe excelente estabilidade estrutural e óptica por meses, o que abre caminho para as potenciais aplicações de luminescência para as perovskitas de haletos de chumbo. + Explorar mais

A dopagem com Cu+ aumenta a emissão de excitons auto-retidos na dupla perovskita Cs2(Ag/Na)InCl6 ligada