금속 할라이드 페로브스카이트는 밴드갭 조절 가능성과 뛰어난 색 순도 덕분에 발광 응용 분야에서 매우 유망한 후보 물질로 부상했습니다. 페로브스카이트 발광 다이오드(주도의) 연구는 상당한 진전을 이루었지만, 실제 응용 분야에서는 작동 안정성이 여전히 중요한 과제로 남아 있습니다. 납²⁺ 양이온을 중심으로 하는 모서리 공유형 [피비엑스₆]⁴⁻ 팔면체는 이러한 물질의 기본적인 구조적 틀을 구성하며, 전자 배치와 광학적 특성을 결정하는 주요 요인입니다. 그러나 이러한 팔면체의 고유한 구조적 불안정성은 상용화에 있어 주요 장애물입니다.
페로브스카이트 조성물에 혼합 할로겐화물(브-Cl)을 도입하면 효과적인 밴드갭 엔지니어링을 통해 청색 발광을 조절할 수 있어, 혼합 할로겐화물 시스템은 청색 페로브스카이트 LED의 유력한 후보 물질이 됩니다. 그러나 염소 함량이 높으면 납-X 결합 길이의 차이로 인해 팔면체 구조가 왜곡되어 심층 준위 결함 상태가 발생하고, 비방사성 재결합이 심화되며, 광발광 양자 효율이 감소합니다. 또한, 페로브스카이트 결정의 약한 이온성은 전기적 바이어스 하에서, 특히 혼합 할로겐화물 시스템에서 두드러지게 나타나는 상당한 이온 이동을 촉진하여 금속 할로겐화물 결함 형성, 비가역적인 [피비엑스₆]⁴⁻ 팔면체 붕괴, 심각한 할로겐화물 분리를 초래합니다. 이러한 팔면체 구조의 불안정성을 완화하기 위해 많은 연구가 진행되어 왔습니다. 페로브스카이트 골격의 구조적 열화는 주로 할로겐화물 결함에 기인하며, 이는 산소, 황, 질소 원자를 포함하는 특정 유기 분자를 페로브스카이트 매트릭스에 도입하도록 유도했습니다. 이러한 기능성 리간드는 전자 공여 또는 비공유 전자쌍을 통해 불포화 납²⁺ 이온과 배위 결합합니다. 이러한 발전에도 불구하고, 이러한 분자 첨가제의 도입은 필연적으로 외부 유기물을 유입시키며, 이는 종종 페로브스카이트 격자와의 결합 친화력이 낮습니다. 또한, 결정 안정성과 조성 균일성이 높은 혼합 할로겐화물 페로브스카이트 시스템을 합성하기 위해 결정화 속도를 정밀하게 제어하는 것이 격자 변형을 완화하는 효과적인 방법으로 강조되고 있습니다.
최근 유사할로겐화물 엔지니어링은 금속 할라이드 페로브스카이트의 안정성과 발광 특성을 향상시키는 효과적인 전략으로 주목받고 있습니다. 다양한 접근법 중에서도 티오시안산염 음이온은 백색 또는 광대역 발광 페로브스카이트 시스템에서 구조적 안정성을 강화하고 결함 형성을 억제하는 데 널리 사용되어 왔으며, 이는 일반적으로 페로브스카이트 격자에 강하게 배위하거나 부분적으로 통합되는 방식을 통해 이루어집니다. 이러한 방법들은 전반적인 안정성을 효과적으로 향상시키지만, 엄격한 상 제어와 최소한의 격자 왜곡을 요구하여 높은 색 순도를 유지해야 하는 준2차원 청색 발광 페로브스카이트에는 적용이 쉽지 않습니다. 따라서 격자 치환이 아닌 계면 및 표면 매개 상호작용을 통해 페로브스카이트를 안정화하는 대체 첨가 전략이 특히 중요합니다. 이종 에피택시 성장 기술은 결함이 억제되고 결정학적으로 정렬되었으며 응력이 완화된 페로브스카이트 박막을 제조하는 데 효과적이며, 동시에 정팔면체 격자의 구조적 안정성을 향상시키는 것으로 입증되었습니다. 하지만 이러한 방법들은 공정 재현성 및 준비 조건 측면에서 엄격한 제어 매개변수를 요구합니다. 따라서 기울어진 팔면체 클러스터를 안정화하는 간단하고 효과적인 전략을 개발하는 것은 이 분야에서 여전히 중요한 미충족 과제입니다.
저장사범대학교의 허이밍과 좡류차오, 그리고 상하이공업대학의 가오웨이는 알칼리 금속 트라이플루오로메탄설포네이트를 다기능 격자 안정제로 활용하는 새로운 전략을 제안했습니다. 설포네이트기는 O─납─O 결합을 통해 노출된 납²⁺ 이온과 배위하여 표면 결함을 효과적으로 억제하고 구조 붕괴를 방지하는 것으로 추정됩니다. 또한, 알칼리 금속 이온은 이온 상호작용을 통해 구조적 안정성을 향상시키고, 불소 성분은 광화학적 안정성과 습기 안정성을 개선하는 것으로 여겨집니다. 이러한 시너지 효과를 통한 안정화 메커니즘은 비방사성 재결합을 크게 억제하고 에너지 전달 효율을 향상시켜 최대 65.32%의 놀라운 광발광 양자 효율을 달성했습니다. 더불어, 트라이플루오로메틸기의 강한 전기음성도는 균일하고 매끄러운 박막 형성에 기여하여 전하 주입을 용이하게 합니다. 결과적으로, 최적화된 청색 페로브스카이트 발광 다이오드는 최대 15.60%의 외부 양자 효율을 달성했습니다. 본 연구는 팔면체 구조 안정화를 위한 일반화 가능한 전략을 제시하며, 이는 고성능 청색 페로브스카이트 발광 다이오드의 상용화를 가속화할 것으로 기대된다.
