Tweedimensionale (2D) perovskieten zijn meerdere kwantumputstructuren (QW) gevormd door afwisselende anorganische en organische lagen. Ze zijn veelbelovend in toepassingen van zonnecellen, LED's, en fotodetectoren.

Echter, vanwege de energiebarrière die wordt uitgeoefend door de isolerende organische liganden tussen QW's, de fotogegenereerde excitonen zijn meestal opgesloten in het perovskiet QW-vlak en vertonen slecht transport tussen de lagen (QW-naar-QW). Dit beperkt de verdere toepassing van 2D-perovskieten in opto-elektronische apparaten.

Onlangs, een onderzoeksgroep onder leiding van prof. Jin Shengye van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) onthulde een nieuw mechanisme van Auger-ondersteunde tussenlaagse elektronenoverdracht in tweedimensionale gelaagde perovskieten. Het biedt een nieuwe richtlijn voor het ontwerpen van 2D-perovskieten met een optisch afstembare QW-naar-QW-ladingstransporteigenschap.

Dit werk is gepubliceerd in Tijdschrift van de American Chemical Society op 18 maart.

De wetenschappers voerden pompintensiteitsafhankelijke transiënte absorptie-experimenten uit op een reeks (C _m H _2m+1 NH ₃ )2PbI ₄ 2D gelaagde perovskieten met verschillende ligand alkylketenlengtes (m =8, 10, 12, 18).

Een langere ligandketen (grotere m) leidde tot een verhoogde QW-bandafstandsenergie (Eg) en een lagere energiebarrière (Eb) van elektronenoverdracht tussen de lagen. Wanneer m≥12, waar de waarde van Eb bijv. benadert, een langlevend en derivaatachtig kenmerk in de transiënte absorptie (TA) spectra werd waargenomen. De vergelijkbare TA-spectrale functie was niet aanwezig in 2D-perovskieten met een korte keten met m≤12.

De wetenschappers stelden een nieuw Auger-geassisteerd QW-naar-QW-elektronenoverdrachtmechanisme voor om de experimentele resultaten te verklaren. Wanneer bijv. ≈ Eb, de Auger-recombinatie van een exciton zou het elektron in een ander exciton kunnen pompen om door de barrièreliganden naar een naburig QW te gaan. De gescheiden elektronen en gaten bouwden een intern elektrisch veld op en veroorzaakten het derivaatachtige voorbijgaande spectrale kenmerk door een kwantumbegrensd Stark-effect.

Dit door Auger geassisteerde elektronenoverdrachtsmechanisme kan worden gebruikt om nieuwe gelaagde 2D-perovskieten te ontwerpen met ofwel verbeterde tussenlaagse ladingsmobiliteit of afstembare optische eigenschappen, die uiteindelijk kunnen worden gebruikt in foto-elektronische en optische modulatie-inrichtingen.