Semicondutores híbridos orgânico-inorgânicos de perovskita têm atraído muita atenção devido às suas excelentes propriedades optoeletrônicas e são amplamente utilizados em células solares, células fotoeletroquímicas, lasers e diodos emissores de luz (LEDs). Dentre esses, os LEDs baseados em perovskita (especialmente aqueles que utilizam CH₃NH₃PbBr₃) tornaram-se uma área de pesquisa altamente promissora na última década. No entanto, estados aprisionados (especialmente aqueles em interfaces) limitam severamente o desempenho e a estabilidade dos LEDs de perovskita. Esses estados de energia localizada dentro da banda proibida aprisionam e liberam portadores de carga, reduzindo assim a mobilidade dos portadores, aumentando a recombinação não radiativa e levando a uma diminuição na eficiência do dispositivo. Os estados aprisionados em LEDs de perovskita originam-se principalmente de contornos de grão, defeitos intrínsecos e interações de interface. Por exemplo, defeitos pontuais específicos, como vacâncias de halogênio e vacâncias no sítio A, anti-sítios chumbo-halogênio e interstícios de halogênio, podem causar perdas não radiativas. As lacunas de halogênio formam sítios carregados positivamente, introduzindo estados de defeito na banda proibida, aprisionando elétrons e neutralizando lacunas, o que leva à recombinação elétron-lacuna assistida por armadilhas, reduzindo significativamente a eficiência do dispositivo.
Wu et al. forneceram anteriormente evidências diretas da existência de tais armadilhas em filmes finos de perovskita de iodeto de chumbo e metilamônio usando espectroscopia de fotoelétrons ultravioleta. Por outro lado, o excesso de halogênios no ambiente pode levar à formação de camadas superficiais ricas em halogênios, resultando em um efeito de autopassivação, promovendo a geração de excítons e aumentando a taxa de recombinação radiativa. A recombinação não radiativa assistida por armadilhas é um fator importante que leva à perda de eficiência luminosa, especialmente em baixas densidades de portadores. Além de promover a recombinação, os estados aprisionados também podem se tornar canais para a migração de íons, exacerbando ainda mais a degradação do desempenho do dispositivo. Outro problema importante é o desequilíbrio na injeção de portadores em diodos emissores de luz de perovskita, levando ao acúmulo de portadores na interface, desencadeando recombinação não radiativa e significativa supressão da luminescência. Para solucionar esse problema, o balanceamento da mobilidade dos portadores entre a camada de transporte de elétrons e a camada de transporte de lacunas tem se mostrado uma estratégia eficaz para garantir a injeção balanceada de portadores em diodos emissores de luz de perovskita. Além disso, a migração iônica induzida por campo elétrico agrava esses desafios, levando a comportamentos anômalos como histerese da fotocorrente, histerese corrente-tensão, polaridade comutável do dispositivo e constante dielétrica estática anormalmente alta. A migração iônica agrava ainda mais a formação e a ativação de estados aprisionados, amplificando seus efeitos prejudiciais no desempenho do dispositivo.
A equipe de pesquisa demonstrou anteriormente que a passivação com organoclorados (como o cloreto de colina) pode suprimir eficazmente a migração iônica e reduzir os estados aprisionados em LEDs de perovskita, melhorando assim a estabilidade espectral e o desempenho do dispositivo. Estudos recentes confirmaram ainda mais a eficácia das estratégias de passivação de defeitos na melhoria da eficiência do dispositivo, reduzindo os estados aprisionados e a migração iônica. Por exemplo, Xu et al. demonstraram a obtenção de LEDs de perovskita azul-escuro com estabilidade de cor utilizando engenharia de organoclorados, sendo a redução dos estados aprisionados e da migração iônica a chave para esse sucesso. De forma semelhante, Yun et al. apontaram os desafios impostos pela migração iônica e pelos estados aprisionados aos LEDs de perovskita de brometo de chumbo e césio azul e propuseram o uso de bromidrato de hidrazina para engenharia composicional, visando controlar os níveis de defeitos e reduzir o acoplamento de fônons, melhorando assim a eficiência do dispositivo. No entanto, esses estudos focam principalmente na engenharia de materiais e não exploram diretamente a dinâmica de portadores na interface ou analisam quantitativamente a recombinação assistida por armadilhas. Além disso, embora as estratégias de passivação de defeitos tenham demonstrado suprimir a migração iônica, seu impacto no equilíbrio da injeção de carga ainda precisa ser explorado em profundidade.
Pesquisadores da Universidade Nacional Cheng Kung, em Taiwan, liderados por Tzung-Fang Guo, empregaram espectroscopia de admitância para investigar os estados aprisionados, a dinâmica da interface e a dinâmica dos portadores em diodos emissores de luz (LEDs) de perovskita à base de CH₃NH₃PbBr₃, explorando como a passivação de defeitos com cloreto de colina melhora a dinâmica dos portadores na interface. Essa técnica permite a investigação do comportamento elétrico do dispositivo, revelando como os estados aprisionados influenciam a capacitância, a injeção de portadores e os processos de recombinação — cruciais para melhorar a eficiência e a estabilidade do dispositivo. O estudo demonstra que a passivação eficaz de defeitos suprime significativamente a recombinação não radiativa, mitiga a migração iônica e garante uma injeção e um transporte de carga mais equilibrados. Para analisar esses efeitos, foram derivadas e avaliadas a capacitância dependente da tensão, as relações luminância-capacitância-tensão e a capacitância dependente da frequência. Essas análises mostram que os dispositivos passivados exibem densidade de armadilhas reduzida, polarização iônica suprimida e recombinação radiativa aprimorada, confirmando, assim, a melhoria na dinâmica dos portadores na interface. Em comparação com estudos anteriores que se concentraram principalmente nas tendências de desempenho do dispositivo e na caracterização elétrica complementar, este artigo foca-se num processo de análise diagnóstica baseado na espectroscopia de admitância. A análise foi estendida às funções de resposta com resolução de frequência e aos mapeamentos da região de polarização, e a resposta da armadilha de elétrons foi claramente distinguida da contribuição iônica mais lenta, proporcionando assim uma explicação mais mecanicista para a acumulação de carga, recombinação e estabilidade.
