a) Estrutura do dispositivo e uma imagem TEM em seção transversal correspondente dos PeLEDs multicamadas; b) Diagrama esquemático de energia de banda plana do PeLED; c) Espectro de fotoluminescência normalizado do filme CsPbBr3, e espectro de eletroluminescência do PeLED a uma tensão aplicada de 5,5 V Crédito:City University of Hong Kong
As perovskitas de iodetos metálicos são consideradas materiais da próxima geração para dispositivos emissores de luz (LEDs). Uma pesquisa recente co-liderada por um cientista da City University of Hong Kong (CityU) resultou em uma abordagem de fabricação nova e eficiente para produzir filmes de perovskita totalmente inorgânicos com melhores propriedades ópticas e estabilidade, permitindo o desenvolvimento de LEDs de perovskita de alta pureza de cor e baixo custo com uma alta vida útil operacional.
LEDs de perovskita (PeLEDs) são uma tecnologia emergente de emissão de luz com vantagens de baixo custo de fabricação, alta qualidade de luz e eficiência energética. Halogeneto de metal (significando compostos de metais com cloro, perovskitas de bromo ou iodo) recentemente atraíram muita atenção como materiais promissores para LEDs processados por solução, devido às suas excelentes propriedades ópticas, como cores de emissão saturadas e ajuste de cor fácil.
Em particular, perovskitas com base em cátions inorgânicos de césio, ou seja, CsPbX 3 (onde X pode ser cloro, bromo e iodo), exibem melhor estabilidade térmica e química em comparação com as perovskitas de haleto metálico "híbrido" orgânico-inorgânico, e pode, assim, fornecer a base para LEDs de alto desempenho com estabilidade operacional razoável. Mas os PeLEDs inorgânicos anteriores exibiram desempenho de eletro-luminescência relativamente pobre devido aos seus grandes tamanhos de grão de perovskita.
Agora, uma equipe de pesquisadores da CityU e da Universidade de Xangai, na China continental, desenvolveu uma abordagem de fabricação eficiente para fazer filmes de perovskita inorgânicos lisos com desempenho e estabilidade substancialmente aprimorados. Suas descobertas aparecem na última edição (2019, 10, 665) da revista científica Nature Communications , intitulado "CsPbBr de grão pequeno induzido por trifluoroacetato 3 os filmes de perovskita resultam em dispositivos emissores de luz eficientes e estáveis. "
A equipe descobriu que o uso de trifluoroacetato de césio (TFA) como fonte de césio no revestimento de solução de uma etapa, em vez do brometo de césio comumente usado (CsBr), permite a cristalização rápida de CsPbBr de grão pequeno 3 cristais de perovskita, formando os filmes de perovskita lisos e sem orifícios. Isso ocorre porque a interação de ânions TFA- com Pb 2 + cátions no CsPbX 3 solução precursora melhora muito a taxa de cristalização de filmes de perovskita e suprime defeitos de superfície.
Como resultado, a equipe conseguiu fazer PeLEDs verdes eficientes e estáveis com base nesses filmes, com uma eficiência máxima de corrente de 32,0 cd A-1 correspondendo a uma eficiência quântica externa de 10,5% - um nível geralmente considerado satisfatório em PeLEDs existentes.
Mais importante, os LEDs de perovskita totalmente inorgânicos baseados nesses filmes demonstraram uma vida útil operacional recorde. Eles têm meia vida útil de mais de 250 horas com uma luminância inicial de 100 cd m-2, que é uma melhoria de 17 vezes na vida operacional em comparação com PeLED derivado de CsBr.
"Nosso estudo sugere que os filmes de perovskita de haleto de chumbo totalmente inorgânicos de alta pureza de cor e baixo custo podem ser desenvolvidos em LEDs estáveis e altamente eficientes por meio de uma simples otimização dos limites de grão, "diz Andrey Rogach, Professor titular de materiais fotônicos na CityU, quem é um dos autores da correspondência do artigo.
“Eu prevejo um potencial significativo de aplicação de tais filmes, como são fáceis de fabricar e podem ser facilmente depositados por impressão para realizar vários dispositivos optoeletrônicos, " ele adiciona.
Outro autor por correspondência do artigo é o professor Yang Xuyong, da Universidade de Xangai. Os primeiros autores são Wang Haoran da Universidade de Xangai e Zhang Xiaoyu, um ex-estudante pesquisador visitante na CityU, agora trabalhando como pós-doutorado na Universidade de Jilin.
