Les points quantiques conservent leur brillance sous chaleur après une double modification

Les points quantiques ont montré une stabilité thermique améliorée après avoir subi des modifications doubles, selon une étude menée par des chercheurs de l'Université de Koç. La recherche, publiée dans Nanoscale, révèle que la modification à la fois du réseau cristallin interne et de la surface des points quantiques de pérovskite améliore considérablement leur capacité à maintenir la luminosité et l'intégrité structurelle à des températures élevées. Les points quantiques non traités commencent à se dégrader à environ 60 ° C, tandis que les versions modifiées conservent leurs performances jusqu'à 80 ° C. L'étude se concentre sur les points quantiques d'iodure de plomb au césium (CsPbI3), qui sont prisés pour leurs propriétés optiques et électroniques, en particulier dans les applications rouges et infrarouges proches.

Cependant, ces nanocristaux font face à des défis en raison de leur structure cristalline intrinsèquement instable. L'exposition à la chaleur, à la lumière ou à des facteurs environnementaux provoque des changements structurels qui introduisent des défauts. Ces défauts agissent comme des voies de dissipation de l'énergie sous forme de chaleur plutôt que de lumière, un phénomène appelé recombinaison non radiative.

Deuxièmement, ils ont passivé les surfaces de points quantiques en utilisant une combinaison d'ions chlorure et iodure. Cette approche visait à renforcer à la fois la structure interne et la couche externe des nanocristaux. Les chercheurs ont synthétisé trois types de points quantiques: CsPbI3 vierge, dopé au cobalt et dopé à l'argent. Chaque échantillon a été soumis à des températures allant de 20 ° C à 80 ° C. Une variété de méthodes analytiques ont été utilisées pour évaluer les effets de la température sur les échantillons.

Des techniques telles que la diffraction des rayons X, la microscopie électronique de transmission, la spectroscopie de photoluminescence, la photoluminescence à résolution temporelle, la spectroscopie d'absorption ultraviolette-visible et la spectroscopie infrarouge à transformation de Fourier ont aidé à suivre les changements structurels et optiques. Les points quantiques CsPbI3 non traités présentaient une distorsion notable du réseau et une éteinte d'émission significative au-dessus de 60 ° C. À mesure que les températures augmentaient, le réseau cristallin se ramollissait, entraînant la perte de ligands de surface et la formation de défauts qui entravent l'émission de lumière.

En revanche, les points quantiques modifiés au cobalt et à l'argent ont conservé leur morphologie cubique, présenté une aggregation minimale de particules et une émission lumineuse robuste et bien définie jusqu'à 80 ° C. Cela suggère que les modifications ont effectivement prolongé la fenêtre de stabilité thermique d'environ 20 ° C. L'analyse de la durée de vie à l'état excité a révélé que les matériaux modifiés ont connu une augmentation beaucoup plus faible de la recombinaison non radiative activée thermiquement. Par rapport aux points quantiques non traités, le taux de recombinaison non radiative dans les échantillons modifiés a augmenté de moins de 60%.

En renforçant le réseau cristallin et en stabilisant la surface, la double stratégie s'attaque simultanément à de multiples mécanismes de défaillance. Cela pourrait ouvrir la voie à des dispositifs à base de points quantiques plus durables dans l'optoélectronique, y compris les LED, les écrans et les cellules solaires.

Les travaux futurs porteront vraisemblablement sur l'optimisation des ratios de dopage et des protocoles de passivation afin d'obtenir une stabilité et une efficacité encore plus grandes.