Metallhalogenid-Perowskite haben sich aufgrund ihrer einstellbaren Bandlücke und exzellenten Farbreinheit als vielversprechende Kandidaten für Leuchtdioden (LEDs) erwiesen. Trotz bedeutender Fortschritte in der Forschung an Perowskit-LEDs stellt deren Betriebsstabilität weiterhin eine zentrale Herausforderung für praktische Anwendungen dar. Die eckenverknüpften [PbX₆]⁴⁻-Oktaeder mit Pb²⁺-Kationen im Zentrum bilden das grundlegende Strukturgerüst dieser Materialien und bestimmen maßgeblich deren elektronische Konfiguration und optische Eigenschaften. Die inhärente strukturelle Instabilität dieser Oktaeder ist jedoch ein großes Hindernis für die Kommerzialisierung.
Der Einbau von gemischten Halogeniden (Br–Cl) in die Perowskit-Zusammensetzung ermöglicht ein effektives Bandlücken-Engineering zur Abstimmung der blauen Emission und macht gemischte Halogenidsysteme zu vielversprechenden Kandidaten für blaue Perowskit-LEDs. Allerdings führt der signifikante Chlor-Einbau aufgrund unterschiedlicher Pb–X-Bindungslängen unweigerlich zu Oktaederverzerrungen, was tiefe Defektniveaus zur Folge hat, die nicht-strahlende Rekombination verstärkt und die Photolumineszenz-Quantenausbeute verringert. Darüber hinaus begünstigt der weiche ionische Charakter von Perowskitkristallen unter elektrischer Vorspannung eine signifikante Ionenmigration, die in gemischten Halogenidsystemen besonders ausgeprägt ist. Dies führt zur Bildung von Metallhalogenid-Defekten, zum irreversiblen Kollaps der [PbX₆]⁴⁻-Oktaeder und zu starker Halogenid-Segregation. Es wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um die strukturelle Instabilität der Oktaeder zu verringern. Die strukturelle Degradation des Perowskitgerüsts wird primär auf Halogenid-Leerstellen zurückgeführt, was die gezielte Einbringung von organischen Molekülen mit Sauerstoff-, Schwefel- und Stickstoffatomen in die Perowskitmatrix erforderlich gemacht hat. Diese funktionellen Liganden koordinieren mit ungesättigten Pb²⁺-Ionen durch Elektronendonierung oder freie Elektronenpaare. Trotz dieser Fortschritte führt die Zugabe solcher molekularer Additive zwangsläufig zu exogenen organischen Spezies, die oft eine geringe Bindungsaffinität zum Perowskitgitter aufweisen. Darüber hinaus wurde die präzise Steuerung der Kristallisationskinetik zur Synthese von Mischhalogenid-Perowskitsystemen mit höherer Kristallintegrität und Zusammensetzungshomogenität als effektive Methode zur Reduzierung von Gitterspannungen hervorgehoben.
In jüngster Zeit hat sich die Pseudohalogenid-Technologie als effektive Strategie zur Verbesserung der Stabilität und der Emissionseigenschaften von Metallhalogenid-Perowskiten etabliert. Unter den verschiedenen Ansätzen werden Thiocyanat-Anionen häufig eingesetzt, um die strukturelle Robustheit zu erhöhen und die Defektbildung in weiß- oder breitbandig emittierenden Perowskitsystemen zu unterdrücken. Dies wird typischerweise durch starke Koordination oder partiellen Einbau in das Perowskitgitter erreicht. Obwohl diese Methoden die Gesamtstabilität effektiv verbessern, ist ihre Anwendbarkeit auf quasi-2D-blau emittierende Perowskite weniger einfach, da letztere eine präzise Phasenkontrolle und minimale Gitterverzerrung erfordern, um eine hohe Farbreinheit zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang sind alternative Additivstrategien, die Perowskite primär durch Grenzflächen- und oberflächenvermittelte Wechselwirkungen (und nicht durch Gittersubstitution) stabilisieren, besonders wichtig. Heteroepitaktische Wachstumstechniken haben sich als effektiv erwiesen, um defektarme, kristallographisch ausgerichtete und spannungsfreie Perowskitfilme herzustellen und gleichzeitig die strukturelle Stabilität des oktaedrischen Gitters zu verbessern. Diese Methoden erfordern jedoch strenge Kontrollparameter hinsichtlich Prozessreproduzierbarkeit und Präparationsbedingungen. Daher stellt die Entwicklung einer einfachen und effektiven Strategie zur Stabilisierung der geneigten Oktaedercluster nach wie vor ein dringendes, noch unerfülltes Bedürfnis auf diesem Gebiet dar.
He Yiming und Lyuchao Zhuang von der Zhejiang Normal University sowie Wei Gao vom Shanghai Institute of Technology schlugen eine neue Strategie vor, bei der Alkalimetall-Trifluormethansulfonate als multifunktionale Gitterstabilisatoren eingesetzt werden. Die Sulfonatgruppe koordiniert vermutlich über O–Pb–O-Bindungen mit exponierten Pb²⁺-Ionen, wodurch Oberflächendefekte effektiv unterdrückt und ein Strukturkollaps verhindert wird. Darüber hinaus erhöhen die Alkalimetallionen vermutlich die Strukturstabilität durch ionische Wechselwirkungen, während die Fluorkomponente die photochemische und Feuchtigkeitsstabilität verbessert. Dieser synergistische Stabilisierungsmechanismus unterdrückt die nicht-strahlende Rekombination signifikant und erhöht die Energietransfer-Effizienz, wodurch eine bemerkenswerte Photolumineszenz-Quantenausbeute von bis zu 65,32 % erreicht wird. Zusätzlich trägt die hohe Elektronegativität der Trifluormethylgruppe vermutlich zur Bildung gleichmäßiger und glatter Filme bei und erleichtert so die Ladungsträgerinjektion. Folglich erreichte die optimierte blaue Perowskit-Leuchtdiode eine maximale externe Quanteneffizienz von 15,60 %. Diese Arbeit etabliert eine verallgemeinerbare Strategie zur Stabilisierung der Oktaederstruktur, von der erwartet wird, dass sie die Kommerzialisierung von Hochleistungs-Leuchtdioden aus blauem Perowskit beschleunigt.
