journal article·2025

Impact of trivalent Sb 3+ -ion doping on charge carrier recombination dynamics of cesium lead bromide perovskite quantum dots

Jinwoong Jo, Jaesang Yu, Chanwoo Kim, Inyoung Cho, Kyeong Mo Lim, Jooyoung Sung, Juwon Oh, Jaesung Yang

Nanoscale· Volume 17· Issue 40
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Abstract

Metal-ion doping of perovskites has proven to enhance their photoluminescence (PL) properties and stability; however, the underlying charge carrier dynamics remain unclear. We synthesized a cesium lead bromide (CsPbBr3) perovskite quantum dot (PQD) incorporating a heterovalent Sb3+ ion dopant and its pristine counterpart and performed time-resolved single-particle PL spectroscopy. The PL intensity and lifetime of the Sb-CsPbBr3 PQD were remarkably enhanced compared to those of the pristine-CsPbBr3 PQD because of diminished nonradiative charge carrier recombination dynamics. The charge carrier trapping (detrapping) rate was lower (higher) for the Sb-CsPbBr3 PQD than for the pristine-CsPbBr3 PQD, as the Sb3+ doping contributed to hindering the formation of the structural defects responsible for charge carrier trap states and increasing the exciton binding energy. The replacement of Pb2+ with Sb3+, which has a smaller ionic radius, in the CsPbBr3 structure effectively increased the tolerance factor, enabling the doped PQD to exhibit more stable local structures and, thus, suppressing its decomposition.
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Research context

OpenAlex topics: Perovskite Materials and Applications · Luminescence Properties of Advanced Materials · Crystal Structures and Properties

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Affiliations

Department of Chemistry, Yonsei University, Wonju, Gangwon 26493, Republic of Korea

Korea Research Institute of Standards and Science, Daejeon 34113, Republic of Korea

Department of Chemistry and Green-Nano Material Research Center, Kyungpook National University, Daegu 41566, Republic of Korea

Department of Physics and Chemistry, Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), Daegu 42988, Republic of Korea

Funding

National Research Foundation of Korea

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