Гибридные органическо-неорганические перовскитные полупроводники привлекли большое внимание благодаря своим превосходным оптоэлектронным свойствам и широко используются в солнечных элементах, фотоэлектрохимических ячейках, лазерах и светодиодах (ВЕЛ). Среди них светодиоды на основе перовскита (особенно те, которые используют ЧХ₃NH₃PbBr₃) стали весьма перспективным направлением исследований за последнее десятилетие. Однако захваченные состояния (особенно на границах раздела) серьезно ограничивают производительность и стабильность перовскитных светодиодов. Эти локализованные по энергии состояния внутри запрещенной зоны захватывают и высвобождают носители заряда, тем самым снижая подвижность носителей, увеличивая безызлучательную рекомбинацию и приводя к снижению эффективности устройства. Захваченные состояния в перовскитных светодиодах в основном возникают из-за границ зерен, внутренних дефектов и межфазных взаимодействий. Например, специфические точечные дефекты, такие как галогенные вакансии и вакансии в А-позиции, антисайты галогенов свинца и междоузлия галогенов, могут вызывать безызлучательные потери. Галогенные вакансии образуют положительно заряженные участки, вводя дефектные состояния в запрещенную зону, тем самым захватывая электроны и нейтрализуя дырки, что приводит к рекомбинации электронов и дырок с участием ловушек, что значительно снижает эффективность устройства.
Ранее Ву и др. представили прямые доказательства существования таких ловушек в тонких пленках перовскита метиламмонийодида свинца с помощью ультрафиолетовой фотоэлектронной спектроскопии. Напротив, избыток галогенов в окружающей среде может привести к образованию богатых галогенами поверхностных слоев, вызывая эффект самопассивации, способствуя генерации экситонов и увеличивая скорость радиационной рекомбинации. Рекомбинация без участия ловушки является основным фактором, приводящим к снижению световой эффективности, особенно при низкой плотности носителей заряда. Помимо усиления рекомбинации, захваченные состояния могут также стать каналами для миграции ионов, еще больше усугубляя деградацию характеристик устройства. Другой серьезной проблемой является дисбаланс инжекции носителей заряда в перовскитных светодиодах, приводящий к накоплению носителей на границе раздела, вызывая рекомбинацию без участия ловушки и значительное тушение свечения. Для решения этой проблемы эффективным методом обеспечения сбалансированной инжекции носителей заряда в перовскитных светодиодах оказалось балансирование подвижности носителей заряда между слоем переноса электронов и слоем переноса дырок. Более того, миграция ионов, вызванная электрическим полем, усугубляет эти проблемы, приводя к аномальному поведению, такому как гистерезис фототока, гистерезис вольт-амперной характеристики, переключаемая полярность устройства и аномально высокая статическая диэлектрическая постоянная. Миграция ионов дополнительно усугубляет образование и активацию захваченных состояний, усиливая их негативное влияние на характеристики устройства.
Ранее исследовательская группа продемонстрировала, что пассивация с использованием органохлоридов (таких как хлорид холина) может эффективно подавлять миграцию ионов и уменьшать количество захваченных состояний в перовскитных светодиодах, тем самым улучшая спектральную стабильность и характеристики устройства. Недавние исследования дополнительно подтвердили эффективность стратегий пассивации дефектов в повышении эффективности устройства за счет уменьшения количества захваченных состояний и миграции ионов. Например, Сюй и др. продемонстрировали создание цветостабильных глубоко-синих перовскитных светодиодов с использованием органохлоридной инженерии, ключевым моментом которой стало уменьшение количества захваченных состояний и миграции ионов. Аналогично, Юн и др. указали на проблемы, связанные с миграцией ионов и захваченными состояниями в синих перовскитных светодиодах на основе бромида цезия-свинца, и предложили использовать гидробромид гидразина для композиционной инженерии с целью контроля уровня дефектов и уменьшения фононной связи, тем самым повышая эффективность устройства. Однако эти исследования в основном сосредоточены на материаловедении и не изучают напрямую динамику носителей заряда на границе раздела фаз или количественно не анализируют рекомбинацию с участием ловушек. Кроме того, хотя стратегии пассивации дефектов, как было показано, подавляют миграцию ионов, их влияние на баланс инжекции заряда еще предстоит подробно изучить.
Исследователи из Национального университета Чэн Кун на Тайване под руководством Цзун-Фан Го использовали спектроскопию проводимости для изучения захваченных состояний, динамики интерфейса и динамики носителей заряда в светодиодах на основе перовскита ЧХ₃NH₃PbBr₃, исследуя, как пассивация дефектов хлоридом холина улучшает динамику носителей заряда на границе раздела. Этот метод позволяет исследовать электрическое поведение устройства, выявляя, как захваченные состояния влияют на емкость, инжекцию носителей заряда и процессы рекомбинации — что имеет решающее значение для повышения эффективности и стабильности устройства. Исследование демонстрирует, что эффективная пассивация дефектов значительно подавляет безызлучательную рекомбинацию, снижает миграцию ионов и обеспечивает более сбалансированную инжекцию и транспорт заряда. Для анализа этих эффектов были получены и оценены зависимости емкости от напряжения, зависимости яркости от емкости и зависимости емкости от частоты. Эти анализы показывают, что пассивированные устройства демонстрируют снижение плотности ловушек, подавление поляризации ионов и усиление радиационной рекомбинации, что подтверждает улучшение динамики носителей заряда на границе раздела. По сравнению с предыдущими исследованиями, которые в основном фокусировались на тенденциях производительности устройств и дополнительной электрической характеристике, в данной работе основное внимание уделяется диагностическому анализу, основанному на спектроскопии проводимости. Анализ был расширен до частотно-разрешенных функций отклика и картирования областей смещения, и отклик электронных ловушек был четко отделен от более медленного ионного вклада, что обеспечивает более механистическое объяснение накопления заряда, рекомбинации и стабильности.
