Los semiconductores híbridos de perovskita orgánico-inorgánicos han atraído mucha atención debido a sus excelentes propiedades optoelectrónicas y se utilizan ampliamente en células solares, células fotoelectroquímicas, láseres y diodos emisores de luz (LED). Entre estos, los LED basados en perovskita (especialmente aquellos que utilizan CH₃NH₃PbBr₃) se han convertido en un área de investigación muy prometedora durante la última década. Sin embargo, los estados atrapados (especialmente aquellos en las interfaces) limitan severamente el rendimiento y la estabilidad de los LED de perovskita. Estos estados localizados energéticamente dentro de la banda prohibida atrapan y liberan portadores de carga, reduciendo así la movilidad de los portadores, aumentando la recombinación no radiactiva y provocando una disminución en la eficiencia del dispositivo. Los estados atrapados en los LED de perovskita se originan principalmente en los límites de grano, defectos intrínsecos e interacciones de interfaz. Por ejemplo, defectos puntuales específicos como vacantes de halógeno y vacantes en el sitio A, antisitios plomo-halógeno e intersticios de halógeno pueden causar pérdidas no radiactivas. Las vacantes de halógeno forman sitios con carga positiva, lo que introduce estados defectuosos en la banda prohibida, atrapando así electrones y neutralizando huecos, lo que conduce a una recombinación electrón-hueco asistida por trampa, lo que reduce significativamente la eficiencia del dispositivo.
Wu et al. proporcionaron previamente evidencia directa de dichas trampas en películas delgadas de perovskita de yoduro de plomo y metilamonio mediante espectroscopia fotoelectrónica ultravioleta. Por el contrario, un exceso de halógenos en el entorno puede provocar la formación de capas superficiales ricas en halógenos, lo que resulta en un efecto de autopasivación, promueve la generación de excitones y aumenta la tasa de recombinación radiativa. La recombinación no radiativa asistida por trampas es un factor importante que provoca la pérdida de eficiencia luminosa, especialmente a bajas densidades de portadores. Además de promover la recombinación, los estados atrapados también pueden convertirse en canales para la migración de iones, lo que agrava aún más la degradación del rendimiento del dispositivo. Otro problema importante es el desequilibrio en la inyección de portadores en los diodos emisores de luz de perovskita, que provoca la acumulación de portadores en la interfaz, lo que desencadena la recombinación no radiativa y una importante extinción luminosa. Para abordar este problema, equilibrar la movilidad de los portadores entre la capa de transporte de electrones y la capa de transporte de huecos ha demostrado ser una estrategia eficaz para garantizar una inyección equilibrada de portadores en los diodos emisores de luz de perovskita. Además, la migración de iones impulsada por el campo eléctrico agrava estos problemas, lo que provoca comportamientos anómalos como la histéresis de la fotocorriente, la histéresis de la corriente-tensión, la polaridad conmutable del dispositivo y una constante dieléctrica estática anormalmente alta. La migración de iones agrava aún más la formación y activación de estados atrapados, lo que amplifica sus efectos perjudiciales sobre el rendimiento del dispositivo.
El equipo de investigación demostró previamente que la pasivación con organocloruros (como el cloruro de colina) puede suprimir eficazmente la migración iónica y reducir los estados atrapados en los LED de perovskita, mejorando así la estabilidad espectral y el rendimiento del dispositivo. Estudios recientes han confirmado la eficacia de las estrategias de pasivación de defectos para mejorar la eficiencia del dispositivo al reducir los estados atrapados y la migración iónica. Por ejemplo, Xu et al. demostraron la creación de LED de perovskita azul intenso con estabilidad de color mediante ingeniería con organocloruros, siendo la clave la reducción de los estados atrapados y la migración iónica. De igual manera, Yun et al. señalaron los desafíos que plantean la migración iónica y los estados atrapados en los LED de perovskita azul de bromuro de cesio y plomo, y propusieron el uso de bromhidrato de hidracina en la ingeniería compositiva para controlar los niveles de defectos y reducir el acoplamiento de fonones, mejorando así la eficiencia del dispositivo. Sin embargo, estos estudios se centran principalmente en la ingeniería de materiales y no exploran directamente la dinámica de los portadores interfaciales ni analizan cuantitativamente la recombinación asistida por trampas. Además, aunque se ha demostrado que las estrategias de pasivación de defectos suprimen la migración iónica, su impacto en el equilibrio de la inyección de carga aún no se ha explorado en profundidad.
Investigadores de la Universidad Nacional Cheng Kung de Taiwán, dirigidos por Tzung-Fang Guo, emplearon espectroscopia de admitancia para investigar los estados atrapados, la dinámica de la interfaz y la dinámica de los portadores de diodos emisores de luz (LED) de perovskita basados en CH₃NH₃PbBr₃. Exploraron cómo la pasivación de defectos por cloruro de colina mejora la dinámica de los portadores en la interfaz. Esta técnica permite investigar el comportamiento eléctrico del dispositivo, revelando cómo los estados atrapados influyen en la capacitancia, la inyección de portadores y los procesos de recombinación, cruciales para mejorar la eficiencia y la estabilidad del dispositivo. El estudio demuestra que una pasivación eficaz de defectos suprime significativamente la recombinación no radiactiva, mitiga la migración de iones y garantiza una inyección y un transporte de carga más equilibrados. Para analizar estos efectos, se derivaron y evaluaron la capacitancia dependiente del voltaje, las relaciones luminancia-capacitancia-voltaje y la capacitancia dependiente de la frecuencia. Estos análisis muestran que los dispositivos pasivados presentan una menor densidad de trampas, una polarización iónica suprimida y una recombinación radiativa mejorada, lo que confirma la mejora en la dinámica de los portadores interfaciales. En comparación con estudios previos centrados principalmente en las tendencias de rendimiento de los dispositivos y la caracterización eléctrica complementaria, este artículo se centra en un proceso de análisis diagnóstico basado en espectroscopia de admitancia. El análisis se amplió a funciones de respuesta con resolución en frecuencia y mapeos de regiones de polarización, y la respuesta de la trampa electrónica se distinguió claramente de la contribución iónica más lenta, proporcionando así una explicación más mecanicista de la acumulación de carga, la recombinación y la estabilidad.
