단일을 위한 이중 페로브스카이트 코도핑

Jul 05, 2023

2023년 5월 22일

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사실 확인된

교정하다

베이징 기술 연구소 프레스 유한 공사

Energy Material Advances에 발표된 새로운 논문은 단일 성분 백색 발광 다이오드용 Eu3+-Bi3+ 코도핑 이중 페로브스카이트를 탐구합니다.

"납-할로겐화물 페로브스카이트가 제품 마케팅에 접근하는 성숙한 연구 단계에 도달함에 따라 재료의 안정성과 납 기반 염의 독성에 대한 우려가 남아 있습니다"라고 지린 대학교 전자 과학 및 공학 대학 교수인 Hongwei Song이 말했습니다.

종종 다양한 원소로 도핑된 Cs2AgInCl6 조성의 이중 페로브스카이트는 흥미로운 광학적 특성, 즉 STE(self-trapped exciton) 방출 및 도펀트 유도 광발광으로 인해 주목을 받아 왔습니다. 이러한 관심은 결정과 나노 결정 모두에 대한 다양한 합성 접근법과 Ag+ 및 In3+ 이외의 1가 및 3가 양이온을 포함하는 많은 합금 구성에 대한 탐구를 촉발시켰습니다.

송 대표는 무연 페로브스카이트 소재 개발에 있어 사람들이 가장 먼저 생각하는 것은 납 원소를 무독성 원소로 대체하는 것이라고 설명했다. 할로겐화물 페로브스카이트에서 Pb를 대체하기 위해 연구자들은 비슷한 비활성 껍질 궤도를 가지고 있기 때문에 Sn, Ge, Bi, Sb, In 등과 같이 동일한 기간에 가장 가까운 여러 가지 저독성 양이온을 선택했습니다.

이것이 페로브스카이트 물질의 독특한 광전 특성의 핵심이다. 납 기반 페로브스카이트 재료는 고효율, 높은 연색성 및 조정 가능한 발광 성능으로 인해 고체 조명 분야에서 큰 주목을 받아 왔습니다. 이는 광전 산업의 전반적인 발전을 위한 기회이자 도전입니다.

"Giustino 등과 Zhou 등이 거의 동시에 보고한 2017년 Cs2AgInCl6에 대한 선구적인 작업 이후 Cs2AgInCl6의 합성, 구성 수정, 전자 구조 연구, 광전자 특성 및 응용에 많은 노력이 기울여졌습니다. 최근 86% PLQY의 백색 발광 기록은 Luo 등이 Ag+와 Na+ 및 Bi3+ 도핑의 동시 합금을 통해 달성했으며, 이는 Cs2AgInCl6 관련 재료 개발에 중요한 이정표를 세웠습니다."라고 Song은 말했습니다.

"몇 가지 장점에도 불구하고 이러한 납 할로겐화물 페로브스카이트의 주요 문제는 낮은 안정성과 독성으로 남아 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 효율적인 광학 특성을 유지하면서 페로브스카이트의 독성을 줄이기 위한 다양한 시도가 이루어졌습니다."

Bi3+ 이온의 존재는 여기(흡수) 에너지를 감소시키고 새로운 흡수 채널을 제공하며 Eu3+ 이온으로의 에너지 전달 속도를 증가시킵니다. Bi3+ 및 Eu3+ 농도 조정을 통해 6% Eu3+ 및 0.5% Bi3+ 공동 도핑된 Cs2AgInCl6 DP에서 80.1%의 최대 광발광 효율(PLQY)을 얻습니다.

"에너지 전달 효율은 다양한 Bi3+ 도핑 농도 하에서의 감쇠율에 맞춰질 수 있습니다. Bi3+의 도핑 농도가 증가함에 따라 에너지 전달 속도가 전체적으로 향상되고 최적의 에너지 전달 속도는 Bi3+ 농도는 0.5%입니다.다음으로 재료에 대해 PLQY 테스트를 수행했습니다.도핑되지 않은 Cs2AgInCl6 DPs의 경우 PLQY는 0.5%에 불과하며 Bi3+를 첨가하면 20.1%로 극적으로 증가합니다.Eu3+와 공동 도핑한 후 Bi3+ 이온인 PLQY는 계속 증가하여 Eu 농도가 6%에 도달하면 최대 80.1%에 도달한다”고 송 교수는 말했다.

"여기서 우리는 Bi/Eu3+에서 Eu3+ 방출을 설명하는 가능한 메커니즘을 제안합니다: Cs2AgInCl6. Cs2AgInCl6 DP는 직접 밴드갭 반도체입니다. Bi3+ 도핑은 Bi3+ 궤도의 기여로 인해 발생할 수 있는 물질에 대한 새로운 흡수 채널을 제공합니다. 밴드 가장자리, STE 상태 호환성 금지 전환 깨기, 더 낮은 에너지에서 새로운 광 흡수 채널 생성 및 STE에서 방출된 PLQY를 촉진합니다. Eu3+ 방출에는 두 가지 경로가 있다고 생각합니다. 첫째, 에너지 전달 Eu3+ 도핑된 Cs2AgInCl6 DPs에서 Eu3+ 방출을 관찰했기 때문에 STE에서 Eu3+ 이온으로의 전환이 가능합니다. 둘째, Eu3+ 방출은 주로 Bi3+ 이온에서 Eu3+ 이온으로의 에너지 전달에서 발생할 수 있습니다. Bi3+ 이온은 여기광을 흡수하여 Bi3+ 이온의 1P1, 3P2, 3P1, 3P0 준위에서 Eu3+ 이온의 5D3, 5D2, 5D1, 5D0 준위로 에너지를 방출하고 Eu3+ 이온의 특성 방출은 5D0→7Fj(j=0,1,2,3)를 통해 형성됩니다. 전환."