A szerves-szervetlen hibrid perovszkit félvezetők kiváló optoelektronikai tulajdonságaik miatt nagy figyelmet kaptak, és széles körben használják őket napelemekben, fotoelektrokémiai cellákban, lézerekben és fénykibocsátó diódákban (LED-ekben). Ezek közül a perovszkit alapú LED-ek (különösen a CH₃NH₃PbBr₃-t használók) az elmúlt évtizedben rendkívül ígéretes kutatási területté váltak. A csapdázott állapotok (különösen a határfelületeken lévők) azonban jelentősen korlátozzák a perovszkit LED-ek teljesítményét és stabilitását. Ezek a tiltott sávon belüli energia-lokalizált állapotok csapdába ejtik és felszabadítják a töltéshordozókat, ezáltal csökkentve a töltéshordozók mobilitását, növelve a nem sugárzó rekombinációt, és az eszköz hatékonyságának csökkenéséhez vezetve. A perovszkit LED-ekben a csapdázott állapotok főként a szemcsehatárokból, a belső hibákból és a határfelületi kölcsönhatásokból erednek. Például bizonyos ponthibák, mint például a halogénvakanciák és az A-hely vakanciák, az ólom-halogén antihelyek és a halogén intersztízsek nem sugárzó veszteségeket okozhatnak. A halogénüresedések pozitív töltésű helyeket képeznek, hibaállapotokat vezetnek be a sávrésbe, ezáltal csapdába ejtik az elektronokat és semlegesítik a lyukakat, ami csapda-asszisztált elektron-lyuk rekombinációhoz vezet, ami jelentősen csökkenti az eszköz hatékonyságát.
Wu és munkatársai korábban ultraibolya fotoelektron spektroszkópiával közvetlen bizonyítékot szolgáltattak az ilyen csapdákra a metil-ammónium-ólom-jodid perovszkit vékonyrétegekben. Ezzel szemben a környezetben lévő túlzott halogének halogénben gazdag felületi rétegek kialakulásához vezethetnek, ami önpasszivációs hatást eredményez, elősegíti az excitonképződést és növeli a sugárzási rekombinációs sebességet. A csapdák által támogatott nem sugárzó rekombináció a fényhatásfok csökkenésének egyik fő tényezője, különösen alacsony töltéshordozó-sűrűségek esetén. A rekombináció elősegítése mellett a csapdázott állapotok ionmigrációs csatornákká is válhatnak, ami tovább súlyosbítja az eszközök teljesítményének romlását. Egy másik fő probléma a töltéshordozó-befecskendezés kiegyensúlyozatlansága a perovszkit fénykibocsátó diódákban, ami töltéshordozó-felhalmozódáshoz vezet a határfelületen, kiváltva a nem sugárzó rekombinációt és a jelentős fénykioltást. A probléma megoldása érdekében a töltéshordozók mobilitásának kiegyensúlyozása az elektronszállító réteg és a lyukszállító réteg között hatékony stratégiának bizonyult a kiegyensúlyozott töltéshordozó-befecskendezés biztosítására a perovszkit fénykibocsátó diódákon belül. Továbbá az elektromos tér által vezérelt ionvándorlás súlyosbítja ezeket a kihívásokat, olyan anomáliás viselkedésekhez vezetve, mint a fotoáram-hiszterézis, az áram-feszültség hiszterézis, a kapcsolható eszközpolaritás és az abnormálisan magas statikus dielektromos állandó. Az ionvándorlás tovább súlyosbítja a csapdázott állapotok kialakulását és aktiválódását, felerősítve azok káros hatásait az eszköz teljesítményére.
A kutatócsoport korábban kimutatta, hogy a szerves kloridokkal (például kolin-kloriddal) végzett passziválás hatékonyan elnyomhatja az ionmigrációt és csökkentheti a csapdázott állapotokat a perovszkit LED-ekben, ezáltal javítva a spektrális stabilitást és az eszköz teljesítményét. A legújabb tanulmányok tovább megerősítették a hibapasszivációs stratégiák hatékonyságát az eszközök hatékonyságának javításában a csapdázott állapotok és az ionmigráció csökkentésével. Például Xu és munkatársai bemutatták színstabil mélykék perovszkit LED-ek megvalósítását szerves klorid-mérnöki munkával, ahol a kulcs a csapdázott állapotok és az ionmigráció csökkentése. Hasonlóképpen, Yun és munkatársai rámutattak az ionmigráció és a csapdázott állapotok által a kék cézium-ólom-bromid perovszkit LED-ek számára jelentett kihívásokra, és hidrazin-hidrobromid alkalmazását javasolták az összetétel-tervezéshez a hibaszintek szabályozása és a fononcsatolás csökkentése érdekében, ezáltal javítva az eszköz hatékonyságát. Ezek a tanulmányok azonban főként az anyagmérnöki munkára összpontosítanak, és nem vizsgálják közvetlenül a határfelületi töltéshordozó-dinamikát, és nem elemzik kvantitatívan a csapdával segített rekombinációt. Továbbá, bár a hibapasszivációs stratégiákról kimutatták, hogy elnyomják az ionmigrációt, a töltésbefecskendezési egyensúlyra gyakorolt hatásuk még mélyrehatóan feltárásra vár.
A tajvani Nemzeti Cheng Kung Egyetem kutatói Tzung-Fang Guo vezetésével admittancia spektroszkópiát alkalmaztak a CH₃NH₃PbBr₃ alapú perovszkit fénykibocsátó diódák (LED-ek) csapdázott állapotainak, határfelületi dinamikájának és töltéshordozó-dinamikájának vizsgálatára, feltárva, hogy a kolin-klorid defektus passziválás hogyan javítja a határfelületi töltéshordozó-dinamikát. Ez a technika lehetővé teszi az eszköz elektromos viselkedésének vizsgálatát, feltárva, hogy a csapdázott állapotok hogyan befolyásolják a kapacitást, a töltéshordozó-injektálást és a rekombinációs folyamatokat – ami kulcsfontosságú az eszköz hatékonyságának és stabilitásának javításához. A tanulmány kimutatja, hogy a hatékony defektus passziválás jelentősen elnyomja a nem sugárzó rekombinációt, mérsékli az ionmigrációt, és kiegyensúlyozottabb töltésbefecskendezést és -transzportot biztosít. Ezen hatások elemzéséhez feszültségfüggő kapacitást, luminancia-kapacitás-feszültség összefüggéseket és frekvenciafüggő kapacitást határoztak meg és értékeltek ki. Ezek az elemzések azt mutatják, hogy a passzivált eszközök csökkent csapdasűrűséget, elnyomott ionpolarizációt és fokozott sugárzó rekombinációt mutatnak, ezáltal megerősítve a határfelületi töltéshordozó-dinamika javulását. A korábbi, elsősorban az eszközök teljesítménytrendjeire és a kiegészítő elektromos jellemzésre összpontosító tanulmányokhoz képest ez a tanulmány egy admittancia spektroszkópián alapuló diagnosztikai elemzési folyamatra összpontosít. Az elemzést kiterjesztették frekvenciafelbontású válaszfüggvényekre és torzítási régió leképezésekre, és az elektroncsapda-válasz egyértelműen megkülönböztethető volt a lassabb ionhozzájárulástól, így mechanisztikusabb magyarázatot adva a töltésakkumulációra, a rekombinációra és a stabilitásra.
