dr. sc. Jasminka Popović

2D i kvazi-2D perovskiti: od ciljanog strukturnog dizajna do poboljšane učinkovitosti i stabilnosti

Šifra projekta: PZS-2019-02-2068
Ustanova: Institut Ruđer Bošković
Suvoditelj projekta: Prof. Aleksandra Djurišić, Department of Physics, Hong Kong University
Trajanje projekta: listopad 2019. – svibanj 2023.
Web stranica projekta

Projektni tim (Jasminka Popović, Ivor Lončarić, Luca Grisanti i Juraj Ovčar) sa Instituta Ruđer Bošković te kolege s Fizičkog odsjeka Prirodoslovno-matematičkog fakulteta (Željko Skoko), Hong Kong University (Aleksandra Djurišić), Hong Kong University of Science and Technology (Kam Sing Wong) i City University of Hong Kong (Andrey Rogach) tijekom prvih 18 mjeseci provedbe projekta jasno su demonstrirali izuzetnu važnost sinergije između velikog broja različitih eksperimentalnih metoda te naprednih teorijskih računa za razumijevanje i unaprjeđivanje optoelektroničkih performansi perovskitnih svjetlosnih dioda.

Rezultati, kojima je demonstrirano da performanse LED dioda ovise o vrsti ali i omjeru malih organskih kationa unutar perovskitnog sloja, objavljeni su u prestižnom časopisu Advanced Optical materials (IF=9.93). Najbolje LED diode dobivene su kada su za male organske katione korišteni cezijev (Cs) i formamidinijev kation (FA) u omjeru 1: 1. Takve diode pokazuju maksimalnu efikasnost od 12,1% te maksimalnu svjetlosnu jakost od 15070 cd /m2 što je 3 puta više u odnosu na uređaje koji sadrže isključivo FA kation ili Cs kation. Kvantni prinos fotoluminiscencije također je značajno poboljšan te iznosi 21,3% (u usporedbi sa svega ~5% za uzorke samo s FA i Cs). Slično je pronađeno i u slučaju kada se umjesto jedne vrste velikog organskog (spacer) kationa u perovskitu koriste dva različita kationa što je objavljeno u Journal of Materials Chemistry C (IF=7.39) kojeg izdaje prestižni britanski izdavač Royal Society of Chemistry. U radu je demonstrirano da svjetlosna dioda koja sadrži istovremeno i butiamonijev i fenijetilamonijev kation pokazuje značajno veću ambijentalnu stabilnost i značajno poboljšana optoelektrična svojstva u odnosu na materijale koji su građeni samo od jedne vrste spacer kationa.

Istraživanja perovskitnih materijala dodatno su proširena s olovnih na kositrene perovskite. Bezolovni 2D perovskiti koji kristaliziraju u tipu Dion-Jacobson struktura, privlače veliku pozornost zbog svoje značajno veće stabilnosti u odnosu na Rudlesden-Popper strukture no nerijetko takvi bezolovni perovskiti ne emitiraju u vidljivom području što onemogućuje primjenu u svjetlosnim diodama. Ipak, istraživanje objavljeno u Advanced Functional Materials (IF= 18.80) pokazalo je da ODASnBr4 s kristaliziranim molekulama otapala emitiraju u području 570–608 nm (ovisno o vrsti otapala) pri čemu pokazuju i visoke fotoluminiscencijske kvantne prinose. Takva izuzetna optoelektronička svojstva posljedica su jakih vodikovih veza između [SnBr6]4- oktaedara i kiselih donora protona iz molekula kloroforma i diklormetana. Rezultati istraživanje jasno demonstriraju važnost kemijskog inženjeringa perovskitnih materijala te daju smjernice za buduća poboljšanja optoelektroničkih svojstava korištenjem ciljanog dizajna fokusiranog na krojenje svojstva materijala koristeći međumolekulske interakcije kao najvažniji alat za postizanje tog cilja.  

U pozadini velikog interesa znanstvene zajednice oko hibridnih perovskita je zapravo činjenica da se vrući nosioci naboja u njima sporo hlade što je pružilo mogućnost da se proizvedu solarne ćelije puno veće efikasnosti, a ujedno i znatno jeftinije za proizvodnju. Vezanje elektrona i fonona (vibracija) u tim materijalima odgovorno je za ovu pojavu, pa je iznimno bitno razumjeti to vezanje, pogotovo u usporedbi s tradicionalnim poluvodičima. Korištenjem tranzijentne apsorpcijske spektroskopije pod vodstvom prof. Kam Sing Wonga i teorijskih izračuna na temelju teorije funkcionala gustoće pod vodstvom dr. Ivora Lončarića određeno je elekton-fononsko vezanje u tipičnim 3D olovo halidnim perovskitima. Ovi rezultati pružaju novu perspektivu za kvantificiranje protoka energije u hibridnim halidnim perovskitima te rješavaju postojeće eksperimentalne kontradikcije. Rezultati su objavljeni u iznimno prestižnom časopisu Advanced Energy Materials (IF=29.37) i istaknuti na stražnjoj naslovnici tog izdanja časopisa.

Jasminka Popović, rođena 1978. u Zagrebu, doktorirala je na Kemijskom odsjeku Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu 2008. godine. Znanstveni interes dr. Popović su strukturna i mikrostrukturna istraživanja naprednih funkcionalnih materijala pomoću rentgenske difrakcije. Dr. Popović objavila je više od 60 znanstvenih radova te održala mnogobrojna pozvana predavanja na međunarodnim znanstvenim konferencijama i eminentnim inozemnim institucijama. Pod njezinim mentorstvom obranjene su dvije doktorske disertacije. Dobitnica je Godišnje nagrade IRB-a za 2013, 2015, 2016, 2018 i 2019. godinu. Voditeljica je Laboratorija za sintezu i kristalografiju funkcionalnih materijala te predstojnica Zavoda za fiziku materijala.