I diodi a emissione di luce blu (LED), uno dei tre colori primari e una sorgente di luce di eccitazione, hanno importanti requisiti applicativi in display a colori, illuminazione generale e trasmissione di segnali. Negli ultimi anni, le perovskiti a base di alogenuri metallici sono diventate candidate promettenti per i LED blu a basso costo di prossima generazione grazie alla loro elevata resa quantica di fotoluminescenza, all'elevata purezza del colore e alla facile processabilità in soluzione. Per ottenere LED a perovskite blu ad alte prestazioni, i ricercatori hanno proposto diverse strategie, tra cui l'ottimizzazione dei materiali, l'ingegneria delle interfacce e la progettazione della struttura del dispositivo. Ad oggi, l'efficienza quantica esterna (PE) dei LED a perovskite blu ha raggiunto il 26,4%, ma l'efficienza energetica, un indicatore chiave per valutare il consumo energetico dei LED, rimane insoddisfacente.
Considerando l'enorme impronta energetica globale della tecnologia LED e l'intrinseco maggiore consumo energetico delle perovskiti blu dovuto al loro bandgap più ampio rispetto alle controparti rosse e verdi, migliorare l'efficienza di emissione luminosa (PE) dei LED a perovskite blu è fondamentale per la progettazione di dispositivi optoelettronici a basso consumo energetico. Il valore di PE è determinato dalla formula PE = (π × L)/(J × V), dove L, J e V rappresentano rispettivamente la luminanza, la densità di corrente e la tensione di pilotaggio. Pertanto, per ottenere un'elevata PE (distanza di emissione luminosa), è necessario massimizzare la luminosità riducendo al contempo la tensione di pilotaggio a una specifica densità di corrente. Rispetto ai LED basati su film sottili policristallini di perovskite, i LED a punti quantici (QD) si dimostrano promettenti per una PE più elevata, poiché l'emettitore QD stesso possiede forti caratteristiche di confinamento dei portatori di carica, consentendo un'efficienza luminosa prossima a quella teorica. Tuttavia, le proprietà di isolamento elettrico dei leganti organici nei QD ostacolano fortemente il trasporto e la ricombinazione dei portatori di carica, aumentando così la tensione di pilotaggio e determinando una PE relativamente bassa per questi dispositivi.
Song Jizhong, Yao Jisong e altri ricercatori dell'Università di Zhengzhou sono riusciti a ridurre la tensione di pilotaggio e a migliorare la ricombinazione radiativa dei QLED a perovskite blu inserendo strutture dipolari ordinate di poli(1,1-difluoroetilene) nello strato emittente dei punti quantici (QD). I dipoli polimerici formati dal PVDF possono guidare elettroni e lacune nella regione centrale dello strato emittente per la ricombinazione radiativa, contribuendo a ridurre la tensione di pilotaggio del dispositivo. Allo stesso tempo, l'effetto elettron-attrattore degli atomi di fluoro sul PVDF può passivare efficacemente il Pb²⁺ non coordinato, mentre i corrispondenti atomi di idrogeno possono interagire con gli ioni alogenuro nei QD di perovskite, sopprimendo efficacemente la ricombinazione non radiativa. Di conseguenza, è stata raggiunta con successo un'efficienza energetica record di 43,9 lm W⁻¹ nei QLED a perovskite blu, insieme a un'impressionante luminosità di 5474 cd m⁻². Inoltre, i dispositivi ottimizzati hanno mostrato spettri di emissione stabili e una stabilità operativa significativamente migliorata, dimostrando il grande potenziale della strategia QLED a perovskite blu proposta per le applicazioni pratiche.
