I diodi a emissione di luce a perovskite (PeLED), grazie ai loro significativi vantaggi quali il basso costo dei materiali, l'elevata luminosità e la possibilità di regolare il colore dell'emissione, sono diventati candidati estremamente promettenti per le tecnologie di visualizzazione e illuminazione di prossima generazione. Fin dai loro primi sviluppi, i PeLED hanno raggiunto notevoli progressi prestazionali. Questo balzo in avanti deriva non solo dalle innovazioni nel materiale dello strato emissivo stesso, ma soprattutto dagli effetti sinergici dell'ottimizzazione complessiva della struttura del dispositivo, del miglioramento dell'iniezione e dell'efficienza di ricombinazione dei portatori di carica e dei progressi nell'ingegneria delle interfacce. I progressi nell'ingegneria delle interfacce hanno ridotto efficacemente le perdite di energia e passivato i difetti. In questo contesto, lo strato di trasporto delle lacune (HTL), situato tra lo strato emissivo e l'anodo, svolge un ruolo cruciale. Esso determina direttamente l'efficienza di iniezione delle lacune, le perdite per ricombinazione non radiativa all'interfaccia e la stabilità operativa complessiva del dispositivo. Pertanto, una ricerca approfondita e l'ottimizzazione dell'HTL sono essenziali per migliorare ulteriormente l'efficienza e la durata dei PeLED, un passo fondamentale per accelerare la transizione di questa tecnologia dalla ricerca di laboratorio alle applicazioni pratiche in display, illuminazione e bioimmagini.
Nella struttura a pin dei PeLED blu, il poli(3,4-etilendiossitiofene):polistirene solfonato è ampiamente utilizzato come materiale di trasporto delle lacune grazie alla sua elevata mobilità delle lacune, alla buona trasparenza ottica e alla processabilità in soluzione. Tuttavia, il PEDOT:PSS presenta significative limitazioni nei PeLED blu: la sua discrepanza di livello energetico con lo strato attivo di perovskite porta a un'elevata barriera di iniezione delle lacune e a una grave ricombinazione non radiativa; la sua intrinseca igroscopicità introduce umidità ambientale, accelerando la degradazione e la separazione di fase del materiale perovskitico; allo stesso tempo, la sua conduttività è suscettibile alle condizioni di lavorazione e ai fattori ambientali, con conseguenti prestazioni instabili del dispositivo e significative variazioni di efficienza.
Per superare questi colli di bottiglia, l'introduzione di un interstrato polimerico tra l'HTL e l'interfaccia della perovskite per costruire uno strato di collegamento funzionale si è rivelata una soluzione sistematica efficace. Questa struttura interstrato consente una modulazione precisa del bandgap per ottenere un'iniezione di lacune efficiente, utilizza la passivazione dell'interfaccia a livello molecolare per sopprimere la ricombinazione non radiativa e stabilisce una barriera chimicamente inerte per mitigare le reazioni distruttive, migliorando così sinergicamente l'efficienza di conversione fotoelettrica e la durata del dispositivo. Tra le varie opzioni, il poli(N-vinilcarbazolo) (PVK) spesso supera altri materiali polimerici per il trasporto di lacune grazie alla sua eccellente capacità di formazione di film, che gli conferisce una qualità e una stabilità dell'interfaccia superiori. Tuttavia, la mobilità dei portatori intrinsecamente bassa del PVK rimane un collo di bottiglia fondamentale. Nonostante i tentativi di migliorare le capacità di trasporto di carica attraverso il drogaggio o l'ingegneria degli additivi, superare le limitazioni imposte dalla struttura elettronica dello scheletro polimerico rimane una sfida. Pertanto, pur mantenendo i vantaggi esistenti di modulazione dell'interfaccia del PVK, è urgente sviluppare nuove strutture polimeriche con elevata mobilità attraverso un design molecolare innovativo.
Precedenti studi hanno riportato l'HTM polimerico non drogato, un "polimero a base di polivinilcarbazolo", costruito combinando uno scheletro di polietilene non coniugato con catene laterali di tipo "A" a base di carbazolo. Se utilizzato come strato di collegamento tra PEDOT:PSS e perovskite, questo design strutturale modula efficacemente i livelli energetici, promuove il trasporto delle lacune e il loro allineamento con lo strato di perovskite e sopprime la ricombinazione non radiativa. I PeLED azzurri (lunghezza d'onda di emissione 488 nm) basati su questa struttura hanno mostrato una tensione operativa di 3 V e un'efficienza quantica esterna massima del 3,26%, un miglioramento di 1,27 volte rispetto ai dispositivi senza lo strato di collegamento. Questi miglioramenti delle prestazioni convalidano fortemente la superiorità della strategia che combina lo scheletro non coniugato con aromatici nanomesh di tipo A. Studi teorici hanno dimostrato che l'introduzione di gruppi fortemente elettron-attrattori (come il ciano, -CN) nella struttura molecolare del PVK può ottimizzare l'efficienza di estrazione della carica interfacciale, aumentando il momento di dipolo molecolare e migliorando la stabilità del film attraverso interazioni dipolo-dipolo intermolecolari.
Pertanto, per esplorare ulteriormente il potenziale della strategia di reticolazione molecolare " e migliorare le prestazioni del dispositivo, Xie Linghai et al. dell'Università di Poste e Telecomunicazioni di Nanchino, pur mantenendo questa strategia di base, hanno introdotto gruppi ciano per costruire una struttura donatore-accettore, progettando e sintetizzando un polimero aromatico nanomesh di tipo A funzionalizzato con gruppi ciano, P-CzCN. La caratterizzazione sperimentale mostra che P-CzCN presenta una mobilità delle lacune significativamente migliorata e un'eccellente capacità di passivazione dei difetti. Combinando calcoli teorici e caratterizzazione multiscala, questo lavoro chiarisce sistematicamente il meccanismo di regolazione sinergica della modifica con gruppi ciano sul comportamento di impilamento molecolare, sui percorsi di trasporto dei portatori e sull'allineamento dei livelli energetici interfacciali. I PeLED blu con strati di collegamento P-CzCN hanno raggiunto una luminanza massima di 4040 cd m⁻² e un'efficienza quantica esterna del 5,39% a 488 nm. A diverse tensioni, lo spettro di elettroluminescenza si centra costantemente a 488 nm, mostrando un'eccellente stabilità spettrale. Il P-CzCN fornisce un importante esempio di funzionalizzazione di materiali di trasporto di lacune (HTM) a griglia ed è di grande importanza per promuovere l'applicazione pratica della tecnologia PeLED blu.
