npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S2079562922030228npe-236Research ArticleПерспективные конструкционные материалыPromising Structural MaterialsОптимизация процедур изготовления композитных тонких пленок на основе перовскитных нанокристаллов CsPbBr3 для применения в светодиодах и фотоприемниках нового поколенияOptimization of CsPbBr3 Perovskite-Based Composite Thin Film Fabrication Processes for Use in New-Generation Light Emission Diodes and PhotodetectorsКнышА. А.KnyshА. А.

Москва, 115409

Moscow, 115409

ТкачА. А.TkachА. А.

Москва, 115409

Moscow, 115409

ГулевичД.GulevichD.

Москва, 115409

Moscow, 115409

НабиевИ.NabievI.

Москва, 115409; Реймс, 51100

Moscow, 115409; Reims, 51100

СамохваловП. С.SamokhvalovР. S.

Москва, 115409

Moscow, 115409

Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”РоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian FederationНациональный исследовательский ядерный университет “МИФИ”; Университет Реймса, Шампань-Арденны, РеймсРоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute); Université de Reims Champagne-ArdenneRussian Federation202202052024135439445Copyright © Кныш А.А., Ткач А.А., Гулевич Д., Набиев И., Самохвалов П.С., 20242024Кныш А.А., Ткач А.А., Гулевич Д., Набиев И., Самохвалов П.С.Knysh А.А., Tkach А.А., Gulevich D., Nabiev I., Samokhvalov Р.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/236

В настоящее время активно развиваются фундаментальные и прикладные исследования перовскитных нанокристаллов (ПНК) состава CsPbBr3 для использования в фотовольтаических ячейках, гибридных светодиодах, источниках единичных фотонов, базовых элементах оптических компьютеров и в других оптоэлектронных устройствах. Основной проблемой, ограничивающей применения ПНК, является их низкая стабильность в нормальных условиях. Одним из вариантов решения проблемы стабильности ПНК при контакте с атмосферой является создание композитных материалов, подразумевающих включение ПНК в полимерные матрицы. В настоящей работе представлены результаты экспериментов по созданию композитных тонких пленок (ТП) из ПНК и модифицированного полиметилметакрилата (ПММА). В частности, были изготовлены образцы стабильных во времени ТП CsPbBr3, обладающих высоким квантовым выходом фотолюминесценции, найдены оптимальные параметры для изготовления ТП методом вращающейся подложки (время вращения, скорость вращения, концентрация), а также получены ТП, характеризующиеся высокой гомогенностью пленочного покрытия. Последний фактор является важным критерием для применения ТП состава ПНК−ПММА в качестве активного слоя в гибридных светоизлучающих диодах QDLED (от англ. Quantum Dot Light-Emitting Diode). Кроме этого, поскольку ПНК являются перспективной основой сцинтилляционного покрытия детекторов, качество работы которых зависит от равномерности распределения люминофора в объеме сцинтиллятора (например, ПЗС-матриц), результаты настоящей работы могут быть использованы при разработке детекторов рентгеновского излучения медицинского назначения.

CsPbBr3 perovskite nanocrystals (PNCs) are the focus of recent basic and applied research, with special emphasis on their use in photovoltaic cells, hybrid light-emitting diodes, single-photon sources, basic elements of optical computers, and other optoelectronic devices. The main problem limiting the use of PNCs is their low stability under normal conditions. Development of composite materials where PNCs are embedded in polymer matrices is an approach to solving the problem of the stability of PNCs contacting the atmosphere. Here, we report the results of experiments on designing composite thin films (TFs) consisting of PNCs and modified polymethyl methacrylate (PMMA). Specifically, samples of durable TFs containing CsPbBr3 with a high photoluminescence quantum yield have been engineered, optimal parameters (including the spinning time, spinning rate, and concentration) for the spin-coating fabrication of the TFs have been found, and the TFs with a highly homogenous film coating have been obtained. This last factor is an important criterion for the use of PNC–PMMA composite as an active layer in quantum dot light-emitting diodes (QDLEDs). In addition, since PNCs are promising as a basis for the scintillating coating of detectors, whose performance depends on the homogeneity of the luminophore distribution within the scintillator (e.g., a CCD array), the results of this study could be used in developing X-ray detectors for medical applications.

люминесценцияперовскитные нанокристаллыCsPbBr3тонкие пленкикомпозитные материалыметод вращающейся подложкиквантовый выходluminescenceperovskite nanocrystalsCsPbBr3thin filmscomposite materialsspin-coating methodquantum yieldРабота поддержана Министерством науки и высшего образования Российской Федерации, грант № 075-15-2021-1413.ReferencesLiu R. et al. // Nanoscale. 2019. V. 11 (19). P. 9302– 9309.Liu R. et al. // Nanoscale. 2019. V. 11 (19). P. 9302– 9309.Yan W. et al. // Opt. Express. 2020. V. 28 (10). P. 15706.Yan W. et al. // Opt. Express. 2020. V. 28 (10). P. 15706.Song J. // Adv. Mater. 2018. V. 30 (30). P. 1800764.Song J. // Adv. Mater. 2018. V. 30 (30). P. 1800764.Rainò G. et al. // Nano Lett. 2019. V. 19 (6). P. 3648– 3653.Rainò G. et al. // Nano Lett. 2019. V. 19 (6). P. 3648– 3653.Shamsi J. et al. // Chem. Rev. 2019. V. 119 (5). P. 3296– 3348.Shamsi J. et al. // Chem. Rev. 2019. V. 119 (5). P. 3296– 3348.Chen J. et al. // Chem. Rev. 2021. V. 121 (20). P. 12112– 12180.Chen J. et al. // Chem. Rev. 2021. V. 121 (20). P. 12112– 12180.Jiang G. et al. // ACS Nano. 2019. V. 13 (9). P. 10386– 10396.Jiang G. et al. // ACS Nano. 2019. V. 13 (9). P. 10386– 10396.Padilha G. da S. et al. // Polimeros. 2017. V. 27 (3). P. 195–200.Padilha G. da S. et al. // Polimeros. 2017. V. 27 (3). P. 195–200.Chen H. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2018. V.Chen H. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2018. V.(34). P. 29076–29082. 10. Zvaigzne M. et al. // Nanomaterials. 2021. V. 11 (8). P. 2014.(34). P. 29076–29082. 10. Zvaigzne M. et al. // Nanomaterials. 2021. V. 11 (8). P. 2014.Cheng X. et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2018. V. 51 (40). P. 405103.Cheng X. et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2018. V. 51 (40). P. 405103.Pica G., Bajoni et al. // Struct. Dyn. 2022. V. 9 (1). P. 011101.Pica G., Bajoni et al. // Struct. Dyn. 2022. V. 9 (1). P. 011101.Elterman P. // Appl. Opt. 1970. V. 9 (9). P. 2140.Elterman P. // Appl. Opt. 1970. V. 9 (9). P. 2140.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.