Ilustração esquemática do cruzamento incomum de blueshift-redshift de bandgap com temperatura em CsPbBr3 2-ML NPLs, o que é provisoriamente atribuído ao trade-off entre as contribuições opostas das interações elétron-fônon acústico e elétron-fônon óptico para a renormalização do bandgap. Crédito:DOI:10.1002 / advs.202100084
Devido aos altos rendimentos quânticos, grande seção transversal de absorção, excelente desempenho de transporte de transportadora e emissão de banda estreita, semicondutores inorgânicos de perovskita de haleto de chumbo têm recebido atenção crescente por suas aplicações em células solares, LEDs, dispositivos a laser, etc. Compreender a origem física da dependência da temperatura do bandgap em perovskitas inorgânicas de haleto de chumbo é essencial e importante.
Em um estudo publicado em Ciência Avançada , o grupo de pesquisa liderado pelo Prof. Chen Xueyuan do Instituto Fujian de Pesquisa sobre a Estrutura da Matéria (FJIRSM) da Academia Chinesa de Ciências (CAS) descobriu que a dependência da temperatura do bandgap em CsPbBr 3 perovskitas é variável com a dimensionalidade do material.
Os pesquisadores realizaram uma investigação comparativa sobre o bandgap dependente da temperatura em CsPbBr quase 3D semelhante a 3 nanocristais (NCs) com confinamento quântico fraco e CsPbBr 2D de 2 camadas de espessura 3 nanoplacas (2-ML NPLs) com forte confinamento quântico.
Para uma determinação mais precisa de bandgap shift, os pesquisadores extraíram elaboradamente a energia do bandgap ajustando o coeficiente de absorção próximo à borda da banda ao modelo de Elliot. O valor de bandgap extraído de CsPbBr 3 Os NPLs de 2-ML exibiram um blueshift inicial e, em seguida, uma tendência de redshift com temperatura decrescente de 290 para 10 K, em nítido contraste com o redshift monótono geralmente observado em CsPbBr 3 NCs em massa.
Do ponto de vista teórico, a renormalização do bandgap surge essencialmente da expansão térmica da rede e das interações elétron-fônon. Contudo, para uma grande variedade de materiais semicondutores e, em particular, os compostos à base de chumbo, a contribuição da expansão térmica para a renormalização do bandgap não foi levada em consideração porque teve uma magnitude relativamente pequena com relação à contribuição das interações elétron-fônon.
Devido à periodicidade de translação de quebra na direção da espessura de 2D CsPbBr 3 2-ML NPLs, as estruturas de elétron e fônon, e, consequentemente, a renormalização do bandgap derivada das interações elétron-fônon são capazes de mudar notavelmente em relação ao CsPbBr quase 3D 3 Contrapartes NCs. O forte efeito de confinamento quântico e a triagem dielétrica reduzida devido à baixa constante dielétrica de ligantes orgânicos de superfície em CsPbBr 3 Os NPLs de 2-ML também influenciam as interações elétron-fônon.
Os pesquisadores adotaram o modelo de dois osciladores de Bose-Einstein para determinar o coeficiente de interação elétron-fônon efetivo por meio do ajuste do bandgap em função da temperatura. Os resultados manifestaram peso significativamente maior de contribuição da interação elétron-fônon óptico para renormalização do bandgap nos NPLs do que nas contas NCs para o crossover blueshift-redshift do bandgap nos NPLs.
Este estudo fornece novos insights sobre o papel central das interações elétron-fônon na renormalização do bandgap para perovskitas 2D inorgânicas de haleto de chumbo, o que pode abrir caminho para novas investigações sobre as propriedades ópticas e optoeletrônicas de nanomateriais de perovskita 2D.
