Istraživanja znanstvenica IRB-a na naslovnici 'Journal of Materials Chemistry C'
Ilustracija koja se nalazi na naslovnici časopisa prikazuje strukturu 2D hibridnog organsko-anorganskog perovskita. Između dva anorganska sloja, građena od olovo halogenidnih oktaedara, nalaze se dvije vrste različitih organskih diamonijevih kationa; jedan je izgrađen od 10 ugljikovih atoma, a drugi od 6.
Znanstvenice Zavoda za fiziku materijala Instituta Ruđer Bošković (IRB) Jasminka Popović i Lidija Kanižaj su, u suradnji sa Sveučilištem u Hong Kongu, objavile istraživanja o Dion–Jacobsonovom tipu perovskitnih materijala koja dovode do značajnog poboljšanja u učinkovitosti i stabilnosti svjetlosnih dioda. Rad je uključen u izdanje tzv. 'vrućih' radova koje prema odabiru urednika uključuje posebno značajna istraživanja temeljem preporuka recenzenata. Povrh tog, rad je dodatno istaknut i na naslovnici znanstvenog časopisa 'Journal of Materials Chemistry C'.
Primjena Ruddlesden-Popper (RP) perovskitnih materijala kao svjetlosnih dioda pobuđuje veliki interes istraživača posljednjih nekoliko godina.
S druge strane, nedavno je demonstrirano da perovskitni materijali koji kristaliziraju Dion–Jacobson (DJ) strukturnom tipu pokazuju poboljšanu stabilnost, a time i produženi vijek trajanja solarnih ćelija, no njihova primjena u svjetlosnim diodama (engl. light emitting diodes, LED) jako je rijetka.
Razlika između perovskita strukturnog tipa RP i DJ uvjetovana je različitim slaganjem slojeva, pri čemu perovskiti RP sadrže dvosloj monoamonijevog kationa A, a perovskiti DJ sadrže jedan sloj diamonijevog kationa A.
Upravo se činjenica da perovskiti DJ, za razliku od perovskita RP, ne posjeduju dvosloj u kojemu su molekule kationa A povezane slabim Van der Waalsovim interakcijama, pokazala vrlo korisnom, jer pridonosi porastu učinkovitosti i stabilnosti perovskitnih materijala.
Perovskitni materijali u DJ strukturnom tipu mogu pokazivati iznimnu raznolikost u kristalnim strukturama s obzirom da se organski i anorganski slojevi mogu slagati u savršenom ili nesavršenom rasporedu.
U ovom radu dr. sc. Jasminka Popović i dr. sc. Lidija Kanižaj su, u suradnji s grupom prof. dr. sc. Aleksandre Djurišić (HKU), istraživale utjecaj različitih diamonijevih kationa na optoelektronička svojstva i učinkovitost zelene svjetlosne diode.
Znanstveni tim otkrio je da optimizirano miješanje dvaju različitih diamonijevih kationa rezultira nastankom tankih filmova perovskitnih materijala s poboljšanom morfologijom i specifičnom distribucijom kristalnih faza koja dovodi do tzv. efekta prijenosa energije gdje se energija prenosi preko nehomogenog energijskog pejzaža pri čemu se nosioci koncentriraju na odašiljačima najmanjeg energijskog procijepa (faze s najvećom debljinom n).
dr. sc. Lidija Kanižaj i dr. sc. Jasminka Popović
Neradijativne rekombinacije su izbjegnute upravo zbog činjenice da se radi o izuzetno brzom kaskadnom prijenosu, što u konačnici dovodi do značajno učinkovitije radijativne rekombinacije i intenzivnije emisije svjetlosti.
Svjetlosne diode koje sadrže 1,6- heksandiamonijeve (HDA) i 1,10-dekandiamonijeve (DDA) katione pokazale su značajno poboljšanje kvantne učinkovitosti (EQE), s maksimalnom vrijednošću EQE = 9,41% što je značajno poboljšanje u odnosu na svjetlosnu diodu u kojoj je korišten čisti HDA (EQE = 1,23%). Također, primijećen je i produženi vijek trajanja s T50 od 70 min za optimizirani sastav, u usporedbi s 4 min za čisti HDA kation. Maksimalni EQE može se dodatno povećati pasivizacijom pomoću trifenilfosfin oksida na EQE = 12,85%.