Rad ruđerovaca objavljen u časopisu Advanced Optical Materials

24.12.2019.

Sinergijom eksperimentalnog pristupa i teorijskih izračuna, multidisciplinarni istraživački tim kojeg čine dr. sc. Ivor Lončarić i dr. sc. Luca Grisanti iz Grupe za fiziku kondenzirane tvari IRB - a, dr. sc. Željko Skoko s Fizičkog odsjeka PMF-a, predvođeni dr. sc. Jasminkom Popović iz Laboratorija za sintezu i kristalografiju funkcionalnih materijala te prof. dr. sc. Aleksandrom Djurišić sa Sveučilišta u Hong Kongu, predložio je novi pristup u racionalnom strukturnom dizajnu novih hibridnih perovskita koji omogućava poboljšanje performansi svjetlosnih dioda. Rad je objavljen u prestižnom časopisu Advanced Optical Materials (IF=7.125).

Glavne autorice dr. sc.  Jasminka Popović (IRB) i prof. dr. sc. Aleksandra Djurišić (PMF)

Trodimenzijski hibridni perovskiti materijali trenutno predstavljaju jedno od najaktivnijih polja istraživanja zbog ogromnog potencijala u solarnim ćelijama i svjetlosnim diodama. Performanse perovskitnih solarnih ćelija rasle su strelovitom brzinom, dostižući učinkovitosti veće od 23 posto. No, njihova komercijalizacija trenutno je sputana uslijed nedovoljne stabilnosti.

Nedavno je predložena alternativa 3D perovskitima. Naime, na pitanje nedovoljne stabilnosti mogu odgovoriti perovskiti niže dimenzionalnosti, konkretno 2D Ruddlesden-Popper i Dion-Jacobson perovskti. 2D perovskiti nižih dimenzija mogu se smatrati kao samo-slagajuće višestruke kvantne jame, gdje su eksitoni ograničeni na anorganske 'jame', a organski sloj služe kao potencijalne barijere.

Zanimljivo svojstvo 2D perovskita je činjenica da su optoelektronička svojstva snažno ovisna o stupnju kvantnog ograničenja (zarobljavanja), koji je većinom određen debljinom n anorganskog perovskitnog sloja. No, važno je naglasiti da ugađanje energijskog procijepa odabirom debljine n uistinu funkcionira savršeno za monokristale ovih materijala.

Problem koji ostaje neriješen vezan je uz činjenicu da je u tankim filmovima vrlo teško postići homogenost faznog sastava odnosno kristalizaciju samo jedne kristalne faze točno određene debljine n. Naime, nerijetko se tanki filmovi sastoje od više faza različitih debljina n. Važno je naglasiti jednu, na prvi pogled, neobičnu činjenicu vezanu za jednofaznost uzorka (prisutnost samo jedne faze s točno određenom debiljnom n).

S jedne strane, jednofaznost perovskitnih materijala je ključna da bi se boja svjetlosnih dioda mogla ugađati. Međutim, intenzivna emisija svjetla s visokim kvantnim prinosom fotoluminiscencije ostvaruje se u slučajevima kada se tanki film sastoji od više faza s različitim debljinama perovskitnog sloja n.

Smatra se da je to zaslužan tzv. efekt prijenosa energije (engl. energy funelling effect) gdje se energija prenosi preko nehomogenog energijskog pejzaža pri čemu se nosioci koncentriraju na odašiljačima najmanjeg energijskog procijepa (faze s najvećom debljinom n).

Dakle, uzimajući u obzir da je vrlo teško u tankim filmovima izbjeći prisutnost više faza s različitim debljinama n (premda početna stehiometrija prekursora odgovara jednoj, dobro definiranoj, fazi n) i činjenicu da postoji efekt prijenosa energije, u praksi to dovodi do toga da je opažena emisija najčešće zelena ili u najboljem slučaju, nebesko plava.

Čisto plava emisija postigla bi se isključivo onda kada bi tanki film sadržavao isključivo fazu s debljinom perovskita n=2, bez prisutnosti faza s većim debljinama n (koji dovode do pomaka emisije prema zelenom području).

''Do danas postoji samo jedan rad u kojem je prikazana čisto plava emisija, ali objavljena učinkovitost je nažalost izuzetno mala. Naše istraživanje, u kojem smo primijenili sinergijski pristup kombinacijom eksperimentalnih istraživanja i teorijskih proračuna, pokazao je da se jednofaznost tankog filma može postići ukoliko organski dvosloj sadrži dva različita organska kationa – butiamonijev (BA) i fenijetilamonijev kation (PEA). Izuzetno je zanimljivo da takav 'mješani' perovskit pokazuje jednofaznost, značajno veću stabilnost i poboljšana optoelektrična svojstva u odnosu na materijale koji su građeni samo od jednog od tih kationa.'' – objašnjava dr. sc. Jasminka Popović, voditeljica Laboratorija za sintezu i kristalografiju funkcionalnih materijala.

Primjenom pristupa miješanog organskog dvosloja 2D perosvkitnog materijala priređena je svjetlosna dioda koja emitira pravu, čistu plavu svjetlost (CIE koordinata 0.156, 0.088), a istovremeno pokazuje izuzetnu spektralnu stabilnost.

Ova stranica koristi kolačiće

neki od tih kolačića nužni su za ispravno funkcioniranje stranice, dok se drugi koriste za praćenje korištenja stranice radi poboljšanja korisničkog iskustva.

Za više informacija pogledajte naše uvjete korištenja.

  • Kolačići koji su nužni za ispravno funkcioniranje stranice. Moguće ih je onemogućiti u postavkama preglednika.