Loodvrije, op zeldzame aarde gebaseerde dubbele perovskiet-nanokristallen met nabij-infraroodemissie

NIR PL-emissiespectra en HRTEM-beelden van Cs₂NaEr_0,5sb_0,5kl₆ NC’s. Credit: HAN Peigeng en WU Ruixiang

Loodvrije halide perovskiet nanokristallen (NC’s) met unieke optische eigenschappen zijn veelbelovend in light-emitting diodes (LED’s), fotodetectoren en zonnecellen.

Eerdere studies waren voornamelijk gericht op de fotoluminescentie (PL) in het zichtbare gebied, en die op de nabij-infrarood (NIR) PL van loodvrije perovskiet-NC’s zijn zeldzaam.

Onlangs heeft een onderzoeksgroep onder leiding van prof. Han Keli van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS), in samenwerking met de groep van prof. Miao Xiangyang van de Shanxi Normal University, colloïdale synthese van alle- anorganische, op zeldzame aarde gebaseerde dubbele perovskiet-NC’s met NIR-emissie, en onthulden hun excitondynamiek.

Deze studie is gepubliceerd in Laser- en fotonica-beoordelingen op 27 augustus.

De onderzoekers synthetiseerden volledig anorganische, op zeldzame aarde gebaseerde Cs₂NaEr_1-xB_xkl₆ (B: In, Sb, Bi; x = 0, 0,13, 0,5) dubbele perovskiet NC’s door hete injectie met variabele temperatuur.

Ze ontdekten dat al deze NC’s een NIR PL-emissie vertoonden van ⁴I13/2 → ⁴I15/2 overgang van Er3+, en vanwege de ingebouwde Sb3+, Cs₂NaEr_0,5sb_0,5kl₆ NC’s vertoonden een 23-voudige NIR PL-verbetering met een gemiddelde levensduur van 119,1 s.

“De oorsprong van NIR PL-verbetering werd toegeschreven aan de toename van excitonabsorptie, de langere PL-levensduur, het geschikte fonon-geassisteerde proces veroorzaakt door de indirecte bandstructuur, en het proces van NIR PL-emissie met een lange levensduur, door de donkere traptoestand ondersteund.” zei prof. Han.