Os LEDs de perovskita são uma tecnologia emergente para exibição, iluminação e comunicações de última geração. Embora os LEDs de perovskita possam ser produzidos de forma simples e de baixo custo, eles apresentam claras vantagens tecnológicas. Eles são leves e oferecem flexibilidade comparável aos OLEDs, e têm pureza de cor e capacidade de ajuste semelhantes aos LEDs baseados em semicondutores III-V. Com apenas alguns anos de pesquisa realizada por cientistas de todo o mundo, a eficiência dos LEDs de perovskita já rivaliza com tecnologias mais maduras.
No entanto, semelhante às células solares de perovskita, a baixa estabilidade do dispositivo dos LEDs de perovskita representa o maior desafio para aplicações comerciais. A vida útil típica dos LEDs de perovskita é da ordem de 10 a 100 horas. Por outro lado, a vida útil mínima necessária para um display OLED é de 10.000 horas. Os pesquisadores enfrentam grande dificuldade em atingir esse limite, pois os semicondutores de haleto perovskita podem ser intrinsecamente instáveis ​​devido à natureza iônica de suas estruturas cristalinas - os íons podem se mover quando as tensões são aplicadas aos LEDs, levando à degradação do material.

Recentemente, um grupo de pesquisa liderado pelo Prof. Di Dawei e Prof. Zhao Baodan na Faculdade de Ciências Ópticas e Engenharia da Universidade de Zhejiang fez um importante avanço nesta área. Eles descobriram que, usando um estabilizador molecular dipolar, é possível fazer LEDs de perovskita eficientes e estáveis ​​com vida útil ultralonga, atendendo às demandas de aplicações comerciais. A pesquisa foi realizada em colaboração com os grupos de pesquisa do Prof. Li Cheng na Universidade de Xiamen, Prof. Hong Zijian na Universidade de Zhejiang e Prof. Li Weiwei na NUAA e anteriormente na Universidade de Cambridge. Um artigo intitulado "Díodos emissores de luz de perovskita de infravermelho próximo ultraestável" foi publicado pelos pesquisadores em 8 de agosto de 2022 na Nature Photonics .

"Nossos LEDs de perovskita estabilizados não apresentaram degradação de desempenho em 5 meses (3.600 horas) de operação contínua sob uma corrente de 5 mA/cm ² . Algumas das medições ainda estão em andamento", disse Di, autor correspondente do artigo. "Isso é realmente empolgante e está completamente além das expectativas. Os dispositivos são muito estáveis ​​e é improvável que algumas medições em andamento terminem em um ano ou até mais. Para obter os dados de vida útil dentro de um prazo razoável, precisamos usar testes de envelhecimento acelerado amplamente empregados para LEDs", disse Di.

Os LEDs de perovskita de infravermelho próximo mostram uma vida útil extraordinária. Por exemplo, a estimativa de T₅₀ vida útil (tempo necessário para que a radiância inicial caia para 50%) é de 32.675 horas (3,7 anos) com uma radiância inicial de 2,1 W sr ^-1 m ^-2 (3,2 mA/cm ² ). Essa radiância é aproximadamente a mesma potência óptica de um OLED verde comercial trabalhando com alto brilho de 1.000 cd/m ² . Com uma radiância inicial baixa de 0,21 W sr ^-1 m ^-2 (um décimo da configuração de brilho acima) ou 0,7 mA/cm ² , os T₅₀ previstos vida útil é de 2,4 milhões de horas (2,7 séculos).

Guo Bingbing, estudante de pós-graduação da Universidade de Zhejiang e primeiro autor do artigo, disse:"Acreditamos que é importante realizar análises robustas de vida útil para a nova classe de LEDs usando o maior número possível de pontos de dados. Para atingir esse objetivo, coletamos 62 pontos de dados de experimentos de envelhecimento acelerado em uma ampla faixa de densidade de corrente de 10 a 200 mA/cm ² ." O pico de eficiência quântica externa e eficiência de conversão de energia dos dispositivos atingiram 22,8% e 20,7%, respectivamente. Esses são os maiores valores de eficiência para LEDs de perovskita de infravermelho próximo.

Os pesquisadores descobriram que os materiais de perovskita estabilizados mantêm suas estruturas cristalinas muito bem ao longo do tempo. "As estruturas cristalinas não mudaram por mais de 322 dias", disse Zhao, autor correspondente do artigo. "Isso significa que o estabilizador molecular dipolar ajuda a perovskita a reter sua fase cristalina original, optoeletronicamente ativa. Em contraste, as amostras de perovskita não tratadas mudaram suas estruturas cristalinas e se decompuseram em cerca de duas semanas", disse Zhao.

O movimento de íons nos materiais de perovskita é uma fonte de instabilidade. Tal problema fica muito pior sob tensões externas durante a operação do LED. "Nossos experimentos e cálculos mostraram que as moléculas dipolares se ligam quimicamente ou interagem com todos os íons positivos e negativos nos limites dos grãos do cristal de perovskita", disse Guo, "e essa pode ser a razão pela qual a migração de íons se torna mais difícil na perovskita estabilizada".

"A supressão do movimento iônico pode ser vista nas medições elétricas e ópticas que nós e nossos colaboradores realizamos", comentou Zhao.

Os resultados da vida útil sugerem que os dispositivos de perovskita não são "geneticamente falhos" em termos de estabilidade. “As perovskitas de iodetos metálicos, como uma classe emergente de semicondutores, eram amplamente consideradas intrinsecamente instáveis, particularmente em aplicações de LED onde campos elétricos altos estão presentes”, disse Di, “nossos resultados mostram que fazer dispositivos de perovskita estáveis ​​não é 'missão impossível'. '"

Espera-se que a vida útil ultralonga aumente a confiança no campo dos LEDs de perovskita, pois agora atendem aos requisitos de estabilidade dos OLEDs comerciais. Os LEDs infravermelhos próximos podem ser úteis em display infravermelho, comunicações e aplicações biológicas. Embora sejam necessários mais esforços no desenvolvimento de dispositivos visíveis com longevidade semelhante para telas coloridas, a demonstração de LEDs de perovskita ultraestáveis ​​abriu o caminho para aplicações industriais. + Explorar mais

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