Organik-inorganik hibrit perovskit yarı iletkenler, mükemmel optoelektronik özellikleri nedeniyle büyük ilgi görmüş ve güneş pilleri, fotoelektrokimyasal hücreler, lazerler ve ışık yayan diyotlarda (LED'ler) yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunlar arasında, perovskit bazlı LED'ler (özellikle CH₃NH₃PbBr₃ kullananlar) son on yılda oldukça umut vadeden bir araştırma alanı haline gelmiştir. Bununla birlikte, tuzaklanmış durumlar (özellikle arayüzlerdeki durumlar) perovskit LED'lerin performansını ve kararlılığını ciddi şekilde sınırlandırmaktadır. Bant aralığı içindeki bu enerji lokalize durumlar, yük taşıyıcılarını hapsedip serbest bırakarak taşıyıcı hareketliliğini azaltır, radyasyonsuz rekombinasyonu artırır ve cihaz verimliliğinde düşüşe yol açar. Perovskit LED'lerdeki tuzaklanmış durumlar esas olarak tane sınırlarından, içsel kusurlardan ve arayüz etkileşimlerinden kaynaklanır. Örneğin, halojen boşlukları ve A-bölgesi boşlukları, kurşun-halojen ters yerleşimleri ve halojen ara boşlukları gibi belirli nokta kusurları radyasyonsuz kayıplara neden olabilir. Halojen boşlukları pozitif yüklü bölgeler oluşturarak bant aralığına kusur durumları getirir, böylece elektronları hapseder ve delikleri nötrleştirir; bu da tuzak destekli elektron-delik rekombinasyonuna yol açarak cihaz verimliliğini önemli ölçüde azaltır.
Wu ve arkadaşları daha önce ultraviyole fotoelektron spektroskopisi kullanarak metilamonyum kurşun iyodür perovskit ince filmlerde bu tür tuzakların varlığına dair doğrudan kanıt sunmuşlardı. Tersine, ortamdaki aşırı halojenler, halojen açısından zengin yüzey katmanlarının oluşmasına yol açarak kendi kendine pasifleştirme etkisine neden olabilir, eksiton oluşumunu teşvik edebilir ve radyatif rekombinasyon oranını artırabilir. Tuzak destekli radyatif olmayan rekombinasyon, özellikle düşük taşıyıcı yoğunluklarında, ışık verimliliği kaybına yol açan önemli bir faktördür. Rekombinasyonu teşvik etmenin yanı sıra, tuzaklanmış durumlar iyon göçü için kanallar haline de gelebilir ve cihaz performansının daha da kötüleşmesine neden olabilir. Bir diğer önemli sorun ise perovskit ışık yayan diyotlarda taşıyıcı enjeksiyonunun dengesizliğidir; bu da arayüzde taşıyıcı birikimine yol açarak radyatif olmayan rekombinasyonu ve önemli ışık sönümlemesini tetikler. Bu sorunu çözmek için, elektron taşıma katmanı ile delik taşıma katmanı arasındaki taşıyıcı hareketliliğinin dengelenmesinin, perovskit ışık yayan diyotlarda dengeli taşıyıcı enjeksiyonunu sağlamak için etkili bir strateji olduğu kanıtlanmıştır. Dahası, elektrik alan tarafından yönlendirilen iyon göçü bu zorlukları daha da artırarak fotoakım histerezisi, akım-gerilim histerezisi, değiştirilebilir cihaz polaritesi ve anormal derecede yüksek statik dielektrik sabiti gibi anormal davranışlara yol açar. İyon göçü ayrıca, tuzaklanmış durumların oluşumunu ve aktivasyonunu daha da kötüleştirerek, cihaz performansına olan zararlı etkilerini artırır.
Araştırma ekibi daha önce organoklorürler (örneğin kolin klorür) kullanılarak yapılan pasivasyonun, perovskit LED'lerde iyon göçünü etkili bir şekilde bastırabileceğini ve tuzaklanmış durumları azaltabileceğini, böylece spektral kararlılığı ve cihaz performansını iyileştirebileceğini göstermişti. Son çalışmalar, tuzaklanmış durumları ve iyon göçünü azaltarak cihaz verimliliğini artırmada kusur pasivasyon stratejilerinin etkinliğini daha da doğrulamıştır. Örneğin, Xu ve ark. organoklorür mühendisliği kullanarak renk kararlı koyu mavi perovskit LED'lerin gerçekleştirilmesini göstermiş, burada kilit nokta tuzaklanmış durumların ve iyon göçünün azaltılması olmuştur. Benzer şekilde, Yun ve ark. iyon göçünün ve tuzaklanmış durumların mavi sezyum kurşun bromür perovskit LED'ler için oluşturduğu zorluklara dikkat çekmiş ve kusur seviyelerini kontrol etmek ve fonon eşleşmesini azaltmak için bileşim mühendisliğinde hidrazin hidrobromür kullanılmasını önermiş, böylece cihaz verimliliğini iyileştirmiştir. Bununla birlikte, bu çalışmalar esas olarak malzeme mühendisliğine odaklanmakta ve arayüzey taşıyıcı dinamiklerini doğrudan incelememekte veya tuzak destekli rekombinasyonu niceliksel olarak analiz etmemektedir. Ayrıca, kusur pasifleştirme stratejilerinin iyon göçünü bastırdığı gösterilmiş olsa da, bunların yük enjeksiyon dengesi üzerindeki etkisinin derinlemesine incelenmesi gerekmektedir.
Tayvan'daki Ulusal Cheng Kung Üniversitesi'nden Tzung-Fang Guo liderliğindeki araştırmacılar, CH₃NH₃PbBr₃ bazlı perovskit ışık yayan diyotların (LED'ler) tuzaklanmış durumlarını, arayüz dinamiklerini ve taşıyıcı dinamiklerini incelemek için iletkenlik spektroskopisi kullandılar ve kolin klorür kusur pasivasyonunun arayüzey taşıyıcı dinamiklerini nasıl iyileştirdiğini araştırdılar. Bu teknik, cihazın elektriksel davranışının incelenmesini sağlayarak, tuzaklanmış durumların kapasitans, taşıyıcı enjeksiyonu ve rekombinasyon süreçlerini nasıl etkilediğini ortaya koyuyor; bu da cihaz verimliliğini ve kararlılığını iyileştirmek için çok önemlidir. Çalışma, etkili kusur pasivasyonunun radyasyonsuz rekombinasyonu önemli ölçüde bastırdığını, iyon göçünü azalttığını ve daha dengeli bir yük enjeksiyonu ve taşınmasını sağladığını göstermektedir. Bu etkileri analiz etmek için, gerilime bağlı kapasitans, parlaklık-kapasitans-gerilim ilişkileri ve frekansa bağlı kapasitans türetildi ve değerlendirildi. Bu analizler, pasifleştirilmiş cihazların tuzak yoğunluğunun azaldığını, iyon polarizasyonunun bastırıldığını ve radyatif rekombinasyonun arttığını göstererek arayüzey taşıyıcı dinamiklerindeki iyileşmeyi doğrulamaktadır. Cihaz performans eğilimlerine ve ek elektriksel karakterizasyona odaklanan önceki çalışmalara kıyasla, bu makale, iletkenlik spektroskopisine dayalı bir tanısal analiz sürecine odaklanmaktadır. Analiz, frekans çözünürlüklü yanıt fonksiyonlarına ve önyargı bölgesi haritalamalarına genişletilmiş ve elektron tuzak yanıtı, daha yavaş iyon katkısından açıkça ayırt edilerek, yük birikimi, rekombinasyon ve kararlılık için daha mekanistik bir açıklama sağlanmıştır.
