Síntesis y caracterización de materiales moleculares, nanométricos y en bulto, a base de haluros de perovskitas, compuestas con Cs, Pb, Eu, Ti y Sn, para su potencial aplicación en dispositivos optoelectrónicos

Abstract

In the present work, pristine and Eu3+ and Cl- co-doped CsPbBr3 perovskite molecular clusters (PMCs) and Cs4PbBr6 double PMCs were synthesized by a hot colloidal injection method. Structural characterizations based on HRTEM revealed the formation of spherical particles with an average diameter (~3.5) nm for Eu3+ and Cl- doped PMSCs. X-ray diffraction (XRD) results indicate that doping with Eu3+ and Cl- favors the formation of double perovskites and decreases the amount of Pb2+ in the host structure observed by XPS, which is desired to reduce the toxicity. The electronic absorption spectra show bands peaked around 406, ̴ 415, and ̴ 416 nm for undoped, 7.50 and 100 Eu3+Cl- mmol % doped samples, respectively, indicating the formation of these ultra-small particles. The photoluminescence (PL) spectra of PMCs excited at 405 nm exhibit bands peaked at 518 nm, 500 nm and 513 nm for pristine and Eu3+ and Cl- (7.50 mmol and Eu3+ and Cl- (100 mmol %) co-doped CsPbBr3, respectively. Also, the blue-shifted PL with doping is likely due to exchange between Cl- and Br- ions. The PL increases by one order of magnitude with an optimal concentration (7.50 % mmol of Eu3+Cl-) studied, which is attributed because there is an intrinsic energy transfer of the perovskite host exciton to rare earth ions, and surface passivation due to Eu3+ and Cl- ions. The synthesis of metal halides as a precursor in mediums with a high ligand content allows the formation of PMSCs. Furthermore, doping with Eu3+ and Cl- favored double-perovskite formation of double perovskite and improved optical and electronic properties.

En el presente trabajo se sintetizaron y caracterizaron diferentes materiales del tipo haluros de perovskitas para su potencial aplicación en dispositivos optoelectrónicos. Primeramente, su obtuvieron clústeres moleculares de perovskita CsPbBr3 y doble perovskita Cs2PbBr6 pristinos y co-dopados con iones de Eu3+ y Cl- mediante el método de inyección coloidal en caliente. La caracterización estructural basada en microscopía electrónica de alta resolución (HRTEM, por sus siglas en inglés) reveló la formación de partículas esféricas con un diámetro promedio de 3.5 nm para las moléculas co-dopadas con los iones de Eu3+ y Cl-. Los resultados de difracción de rayos X (DRX) indicaron que el co-dopaje con iones de Eu3+ y Cl-, favoreció la formación de perovskitas dobles. Por otro lado, los resultados de XPS, mostraron, por un lado, una disminución en los niveles de plomo por sustitución de iones de europio y por el otro que, los iones de cloro reemplazaron a los iones de bromo, como resultado de una mezcla de haluros. Los espectros de absorción demostraron que las bandas alcanzaron un pico máximo alrededor de 406, 415 y 416 nm, para las muestras pristina y co-dopadas con concentraciones de 7.50 y 100% mmol de Eu3+ y Cl-, respectivamente. Estas moléculas ultra pequeñas mostraron espectros de fotoluminiscencia excitadas a 405 nm, exhibiendo bandas que alcanzaron su punto máximo a 518, 500 y 513 nm, para las muestras pristina y co-dopadas con concentraciones de 7.50 y 100% mmol de Eu3+ y Cl-, respectivamente. Además, hay un corrimiento hacia el azul atribuido a la combinación de haluros entre los iones de Br/Cl y un incremento de un orden de magnitud de la fotoluminiscencia, atribuido a la transferencia de energía intrínseca del excitón de la perovskita hacia los iones del lantánido.