उत्कृष्ट ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुणों के कारण मेटल हैलाइड पेरोव्स्काइट नैनोक्रिस्टल डिस्प्ले तकनीक के लिए आदर्श सामग्री बन गए हैं। हालांकि, पारंपरिक लिगेंड (जैसे ओलिक एसिड/ओलेइलामाइन) की कमजोर समन्वय और लंबी श्रृंखला संरचना के कारण सतह पर गंभीर दोष और सीमित वाहक परिवहन होता है, जिससे पेरोव्स्काइट लाइट-एमिटिंग डायोड (पीईएलईडी) के प्रदर्शन में सुधार बाधित होता है। इस समस्या के समाधान के लिए, ज़ियामेन विश्वविद्यालय के सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग स्कूल के रोंगजुन ज़ी के नेतृत्व वाली टीम ने *जर्नल ऑफ ल्यूमिनेसेंस* में "साइट्रेट लिगेंड ग्रीन पेरोव्स्काइट लाइट-एमिटिंग डायोड की चमकदार दक्षता में सुधार करता है" शीर्षक से एक शोध पत्र प्रकाशित किया है। शोध दल ने एक लघु-श्रृंखला, प्रबल रूप से कीलेटिंग साइट्रिक एसिड (CA) लिगैंड विकसित किया है जो अपने कार्बोक्सिलिक एसिड समूह (-COOH) और हाइड्रॉक्सिल समूह (-OH) के माध्यम से नैनोक्रिस्टल सतह के साथ कई समन्वय बंध और हाइड्रोजन बंध बनाता है, जिससे CsPbBr3 नैनोक्रिस्टल में सतह दोषों का प्रभावी निष्क्रियकरण प्राप्त होता है। इस रणनीति के आधार पर निर्मित हरे पेरोव्स्काइट प्रकाश उत्सर्जक डायोड ने 13.58% की अधिकतम बाह्य क्वांटम दक्षता (EQE) प्राप्त की, जो पेरोव्स्काइट सतह के हेरफेर के लिए एक कम लागत वाला और कुशल नया समाधान प्रदान करता है।
लिगैंड अंतःक्रिया तंत्र
शोध दल ने नवीनतापूर्वक साइट्रिक अम्ल को लिगैंड के रूप में चुना और संश्लेषण के बाद लिगैंड विनिमय प्रक्रिया के माध्यम से इसे CsPbBr3 पेरोवस्काइट नैनोक्रिस्टल प्रणाली में समाहित किया। एक बहुदंतीय चेलेटिंग लिगैंड के रूप में, साइट्रिक अम्ल के कार्बोक्सिलिक अम्ल और हाइड्रॉक्सिल समूह द्विदंतीय समन्वय और हाइड्रोजन बंधन की दोहरी अंतःक्रिया के माध्यम से CsPbBr3 सतह से स्थिर रूप से बंध सकते हैं। घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत (DFT) गणनाओं से पता चला कि साइट्रिक अम्ल लिगैंड की अधिशोषण ऊर्जा -0.39 eV तक पहुँच गई, जो ओलिक अम्ल/ओलेइलामाइन लिगैंड की -0.26 eV से काफी अधिक है, जो ऊष्मागतिक रूप से इसकी मजबूत सतह बंधन क्षमता को प्रदर्शित करती है। फूरियर रूपांतरण अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी और एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी ने समन्वय बंधों और हाइड्रोजन बंधों के निर्माण की पुष्टि की, जिससे पेरोवस्काइट नैनोक्रिस्टल में सतह दोषों का प्रभावी निष्क्रियकरण प्राप्त हुआ।
चित्र 1: CsPbBr3 नैनोक्रिस्टल और सतही लिगेंड के बीच अंतःक्रिया तंत्र
नैनोक्रिस्टल के प्रकाशीय गुणों का एकाधिक अनुकूलन
साइट्रिक एसिड लिगेंड के साथ संशोधन से CsPbBr3 पेरोवस्काइट नैनोक्रिस्टल की आकृति और प्रकाशीय गुणों में व्यापक सुधार होता है। आकृति की दृष्टि से, संशोधित CsPbBr3 नैनोक्रिस्टल अपनी विशिष्ट घनीय अवस्था को बनाए रखते हैं, साथ ही उनका औसत आकार अधिक एकसमान होता है और आकार वितरण सांद्रता में उल्लेखनीय सुधार होता है, जो बेहतर प्रकाशीय प्रदर्शन के लिए एक संरचनात्मक आधार तैयार करता है।
प्रकाशीय प्रदर्शन के संदर्भ में, संशोधित नैनोक्रिस्टल उत्कृष्ट गुण प्रदर्शित करते हैं। इनका उत्सर्जन शिखर 513 nm पर स्थिर हो जाता है, और अर्ध अधिकतम पर पूर्ण चौड़ाई (FWHM) घटकर 19.7 nm हो जाती है; फोटोल्यूमिनेसेंस क्वांटम दक्षता (PLQY) 67.1% से बढ़कर 95.5% हो जाती है, और गैर-विकिरणकारी पुनर्संयोजन दर 68.5 μs⁻¹ से घटकर 5.4 μs⁻¹ हो जाती है, जो महत्वपूर्ण दोष निष्क्रियता को दर्शाता है। साथ ही, साइट्रिक एसिड लिगैंड ने पदार्थ की ऊष्मीय स्थिरता में भी सुधार किया। 100℃ पर भी, नैनोक्रिस्टल ने उच्च प्रारंभिक प्रतिदीप्ति तीव्रता बनाए रखी, और एक्सिटॉन बंधन ऊर्जा बढ़कर 145.3 meV हो गई। इस उन्नत एक्सिटॉन बंधन प्रभाव ने सुनिश्चित किया कि प्रणाली उच्च तापमान की स्थितियों में एक्सिटॉन-प्रधान पुनर्संयोजन मार्ग को बनाए रखे, जिससे ऊष्मीय स्थिरता और प्रकाश दक्षता में सहक्रियात्मक सुधार प्राप्त हुआ।
चित्र 2: CsPbBr3 नैनोक्रिस्टल की आकृति विज्ञान और प्रकाशीय गुणधर्म
ग्रीन पेरोव्स्काइट लाइट-एमिटिंग डायोड की दक्षता में उल्लेखनीय सुधार हुआ है।
साइट्रिक एसिड से संशोधित CsPbBr3 नैनोक्रिस्टल पर आधारित, शोध दल ने ITO/NiOx/Poly−TPD/CsPbBr3/TPBi/LiF/Al संरचना वाला एक हरा पेरोव्स्काइट प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एल्यूमिनेसेंस) बनाया, जिससे उपकरण के इलेक्ट्रोल्यूमिनेसेंस प्रदर्शन में उल्लेखनीय सुधार हुआ। यह उपकरण 517 nm पर इलेक्ट्रोल्यूमिनेसेंस शिखर और (0.099, 0.755) के CIE रंग निर्देशांक प्रदर्शित करता है, जो राष्ट्रीय टेलीविजन सिस्टम समिति (NTSC) के रंग सरगम के हरे प्रकाश मानक से कहीं अधिक है, और उत्कृष्ट रंग शुद्धता दर्शाता है। शिखर चमक बढ़कर 1208 cd/m² हो गई है, और शिखर बाह्य क्वांटम दक्षता (EQE) 13.58% तक पहुँच गई है, जो पारंपरिक प्रणालियों की तुलना में 2.9 गुना अधिक है। शिखर धारा दक्षता भी बढ़कर 42.93 cd/A हो गई है। प्रदर्शन में यह सुधार सतह लिगैंड इंजीनियरिंग के माध्यम से दोषों के प्रभावी निष्क्रियकरण, वाहक पुनर्संयोजन मार्गों के मॉड्यूलेशन और उनके परिवहन संतुलन के अनुकूलन के कारण है।
