Les progrès dans les matériaux organiques phosphorescents ouvrent de nouvelles opportunités pour les diodes électroluminescentes organiques pour les applications combinées de l'électronique et de la lumière, y compris les cellules solaires, photodiodes, fibres optiques et lasers.

Alors que les matériaux luminescents de faible dimension, comme la pérovskite minérale d'oxyde de titane et de calcium, ont des propriétés optiques prometteuses, leurs performances restent insuffisantes par rapport aux LED organiques classiques. Une étude récente, publié dans cette semaine Examens de physique appliquée , explore une nouvelle approche utilisant un effet de confinement d'excitons pour optimiser les LED à pérovskite hautement efficaces.

Pour réaliser un dispositif électroluminescent efficace, il doit avoir une couche d'émission à haut rendement quantique de photoluminescence, couches efficaces d'injection et de transport de trous d'électrons, et haute efficacité de couplage de la lumière. À chaque nouvelle avancée dans le matériau de la couche d'émission, de nouveaux matériaux fonctionnels sont nécessaires pour réaliser une LED plus efficace. Pour atteindre cet objectif, les auteurs de l'étude ont exploré les performances d'un système d'oxyde de zinc-silice amorphe recouvert de cristaux de pérovskite pour améliorer les performances de la diode.

"Nous pensons que beaucoup de gens [sont] trop concentrés sur une couche d'émission, " a déclaré Hideo Hosono, auteur correspondant de l'étude. "Pour un appareil, toutes les couches sont d'égale importance car chaque couche a un rôle différent [mais] crucial."

L'oxyde de zinc et de silicium amorphe a une faible affinité électronique accordable, capable de confiner des excitons, mais aussi une grande mobilité électronique pour transporter les électrons. En superposant le cristal de pérovskite et l'oxyde de zinc silicium amorphe, l'équipe a développé un moyen de confiner les excitons et d'injecter efficacement les électrons dans les couches de pérovskite 3-D. L'alignement des niveaux d'énergie entre les couches s'est avéré un matériau idéal à cet effet.

Pour valider leurs conclusions, l'équipe a testé sa création en produisant du bleu, LED pérovskites rouges et vertes, appelés PeLED. La diode verte fonctionnait à la tension la plus basse (2,9 volts à 10, 000 candela par mètre carré) et était la plus efficace (33 lumens/watt) et la plus lumineuse (500, 000 candelas par mètre carré). Alors que l'équipe a produit la luminance maximale pour les diodes rouges à ce jour, l'éclairage restait trop faible pour une utilisation pratique.

Bien que ces résultats montrent la promesse de manipuler le matériau de la couche de transport d'électrons, des défis demeurent, y compris la stabilité des matériaux pérovskites et la toxicité du plomb dans la matrice cristalline minérale. Malgré ces limites, les résultats offrent de nouvelles opportunités d'appliquer cette approche pour réaliser des applications pratiques pour les LED pérovskites dans les dispositifs optoélectroniques.

"Pour des PeLED pratiques, de nouveaux matériaux émettant des halogénures avec une stabilité chimique et des éléments sans plomb sont hautement nécessaires, " a déclaré Junghwan Kim, auteur correspondant de l'étude. "Si ce problème est résolu, les PeLED seraient commercialisées pour l'électronique pratique à l'avenir."