Новый материал позволяет создавать чистые красные перовскитовые светодиоды с рекордными характеристиками

В исследовании, опубликованном в Nature, представлен новый материал, который обеспечивает рекордную характеристику светодиода, достигая пиковой внешней квантовой эффективности (EQE) 24,2% и максимальной яркости 24 600 кд/м^-2 — это самый яркий чистый красный PeLED на сегодняшний день.

Чистые красные перовскитовые светодиоды, необходимые для ярких дисплеев и освещения, долгое время были вынуждены выбирать между эффективностью и яркостью. В то время как трёхмерные смешанные галогенные перовскиты, такие как CsPbI_3-xBr_x, обеспечивают отличную передачу заряда, их эффективность резко падает при высоком токе из-за неустранённой утечки носителей заряда.

Используя самостоятельно разработанный диагностический инструмент под названием спектроскопия переходного поглощения при электрическом возбуждении (EETA), команда под руководством профессора Яо Хунбина, Фань Фэнцзя, Линь Юэ и Ху Вэя зафиксировала динамику носителей заряда в работающих устройствах в режиме реального времени. Они обнаружили, что утечка дырок в слой переноса электронов, которая ранее не была обнаружена из-за отсутствия методов определения характеристик на месте, была основной причиной снижения эффективности.

Чтобы решить эту проблему, исследователи создали трёхмерную внутризёренную гетероструктуру внутри перовскитового излучателя. Эта конструкция включает в себя области с узкой запрещённой зоной, излучающие свет, в непрерывном каркасе [PbX₆]^4-, разделённом барьерами с широкой запрещённой зоной, которые удерживают носители заряда.

Ключевым элементом стратегии является молекула п-толуолсульфонил-L-аргинина (PTLA), которая прочно связывается с решёткой перовскита посредством нескольких функциональных групп (гуанидиновых, карбоксильных, амино- и сульфонильных).

PTLA локально расширила решётку, создав фазы с широкой запрещённой зоной без нарушения структурной целостности. Электронная микроскопия высокого разрешения и сверхбыстрая спектроскопия подтвердили беспрепятственную передачу носителей заряда между фазами гетероструктуры и подавление утечки дырок.

Оптимизированные светодиоды PeLED продемонстрировали беспрецедентные характеристики: при 22 670 кд/м^-2 — почти 90% от максимальной яркости — коэффициент цветопередачи оставался на уровне 10,5%, что намного превосходит предыдущие рекорды. Тесты на стабильность показали, что при 100 кд/м^-2 срок службы составляет 127 часов с минимальным смещением спектра во время работы.

Команда исследователей объяснила этот успех двойной ролью гетероструктуры: она удерживает дырки в эмиттере, сохраняя при этом высокую подвижность носителей заряда благодаря непрерывной трёхмерной решётке.

Эта работа устраняет критический пробел в перовскитовой оптоэлектронике, сочетая передовую диагностику с инновационными разработками в области материаловедения. Рецензенты назвали это исследование «вехой в перовскитовых светодиодных исследованиях», подчеркнув его методологическую строгость и революционные результаты.

Сообщение Новый материал позволяет создавать чистые красные перовскитовые светодиоды с рекордными характеристиками появились сначала на Время электроники.