تمكّن الفريق البحثي بقيادة البروفيسور شيه رونغ جون من كلية علوم المواد بجامعة شيامن، بالتعاون مع الفريق البحثي بقيادة البروفيسور وانغ لي شين من جامعة فودان، ولأول مرة، من توضيح الآلية الرئيسية لتدهور الإضاءة في البيروفسكايت القائم على القصدير (LED) الناتج عن الأكسدة الكهروكيميائية تحت تأثير المجال الكهربائي، واقترحوا استراتيجية تآزرية تجمع بين التنشيط الشبكي والتخميل السطحي، ونجحوا في تصنيع ثنائيات باعثة للضوء (LED) من البيروفسكايت القائم على القصدير بكفاءة عالية وعمر تشغيلي طويل، مما يوفر دعمًا نظريًا مهمًا ومسارًا تقنيًا لتطوير أجهزة كهروضوئية عالية الأداء خالية من الرصاص. وقد نُشرت نتائج البحث ذات الصلة في اليوم 27 في المجلة الدولية "Science".

تتميز ثنائيات البيروفسكايت القائمة على القصدير في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة بمزايا السمية المنخفضة، وقابلية المعالجة بالمحاليل، والتكلفة المنخفضة، مما يمنحها آفاق تطبيق واسعة في مجالات الاتصالات الضوئية، والتصوير الليلي، وتخزين البيانات، والكشف الطبي الحيوي. غير أنه لفترة طويلة، أدت الخصائص الذاتية للمادة، مثل سهولة أكسدة أيونات القصدير ثنائية التكافؤ وصعوبة التحكم في عملية تبلور البيروفسكايت القائم على القصدير، إلى تأخر كفاءة الإضاءة والاستقرار مقارنة بثنائيات البيروفسكايت القائمة على الرصاص وثنائيات النقاط الكمومية التقليدية، مما أعاق تطور تطبيقاتها العملية.

وللتغلب على هذه المعضلة، قام الفريق البحثي بتحليل منهجي للتغيرات البنيوية لأغشية البيروفسكايت القائمة على القصدير تحت تأثير المجال الكهربائي، وتغيرات حالة تكافؤ أيونات القصدير، وعملية تدهور الإضاءة في الأجهزة، وتمكنوا من تحديد السبب الجذري لفشل الأجهزة وهو الأكسدة الكهروكيميائية الناجمة عن اختلال توازن حقن حاملات الشحنة. فعند تشغيل الجهاز بالتيار الكهربائي، تتراكم داخله حاملات شحنة موصلة زائدة، وبالإضافة إلى الخصائص الموصلة الذاتية للمادة، يؤدي هذان العاملان معًا إلى أكسدة لا رجعة فيها لأيونات القصدير ثنائية التكافؤ، مما يسبب تغيرًا في البنية البلورية وتدهورًا في خصائص الإضاءة، وينجم عن ذلك انخفاض حاد في كفاءة الإضاءة للجهاز.

بناءً على هذا الاكتشاف، اعتمد الباحثون استراتيجية تآزرية تجمع بين التنشيط الشبكي والتخميل السطحي، لتثبيت البنية البلورية للبيروفسكايت، وتحسين نقل حاملات الشحنة، وكبح الانتقالات غير الإشعاعية، ونجحوا في تصنيع ثنائيات باعثة للضوء من البيروفسكايت القائم على القصدير في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة بأداء متميز. بلغت الكفاءة الكمومية الخارجية القصوى لهذا الجهاز 21.2%، وتجاوز عمره التشغيلي 900 ساعة.

تشير هذه النتائج إلى أن ثنائيات البيروفسكايت القائمة على القصدير في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة، مع الحفاظ على مزاياها الصديقة للبيئة، حققت اختراقًا جوهريًا في الأداء الكهروضوئي، ويمكن أن توفر مصادر ضوء جديدة في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة لمجالات تطبيقية مثل الاتصالات الضوئية والتصوير الطبي الحيوي.