Diodele emițătoare de lumină perovskite (PeLED-uri), cu avantajele lor semnificative, cum ar fi costul redus al materialelor, luminozitatea ridicată și culorile de emisie reglabile, au devenit candidați extrem de promițători pentru tehnologiile de afișare și iluminare de generație următoare. Încă de la începutul dezvoltării lor, PeLED-urile au realizat progrese remarcabile în materie de performanță. Acest salt provine nu numai din inovațiile în materialul stratului emisiv în sine, ci, mai important, din efectele sinergice ale optimizării structurii generale a dispozitivului, ale eficienței îmbunătățite a injecției purtătorilor și a recombinării, precum și ale progreselor în ingineria interfeței. Progresele în ingineria interfeței au redus eficient pierderile de energie și defectele de pasivare. În acest context, stratul de transport al găurilor (HTL) situat între stratul emisiv și anod joacă un rol crucial. Acesta determină direct eficiența injecției găurilor, pierderea prin recombinare neradiativă la interfață și stabilitatea operațională generală a dispozitivului. Prin urmare, cercetarea aprofundată și optimizarea HTL sunt esențiale pentru îmbunătățirea în continuare a eficienței și a duratei de viață a PeLED-urilor, un pas cheie în accelerarea tranziției acestei tehnologii de la cercetarea de laborator la aplicații practice în afișaje, iluminat și bioimagistică.
În structura cu pin a PeLED-urilor albastre, poli(3,4-etilendioxitiofen):polistiren sulfonatul este utilizat pe scară largă ca material de transport al găurilor datorită mobilității sale ridicate, transparenței optice bune și procesabilității în soluție. Cu toate acestea, PEDOT:PSS prezintă limitări semnificative în cazul PeLED-urilor albastre: nepotrivirea nivelului său de energie cu stratul activ de perovskit duce la o barieră ridicată la injecția găurilor și la o recombinare neradiativă severă; higroscopicitatea sa inerentă introduce umiditate din mediu, accelerând degradarea și separarea de faze a materialului perovskit; simultan, conductivitatea sa este susceptibilă la condițiile de procesare și la factorii de mediu, rezultând performanțe instabile ale dispozitivului și variații semnificative ale eficienței.
Pentru a aborda aceste blocaje, introducerea unui strat intermediar polimeric între interfața HTL și perovskit pentru a construi un strat de punte funcțional a devenit o soluție sistematică eficientă. Această structură intermediară permite o modulație precisă a benzii interzise pentru a obține o injecție eficientă a găurilor, utilizează pasivizarea interfeței la nivel molecular pentru a suprima recombinarea neradiativă și stabilește o barieră chimic inertă pentru a atenua reacțiile distructive, sporind astfel sinergic eficiența conversiei fotoelectrice și durata de viață a dispozitivului. Printre diversele opțiuni, poli(N-vinilcarbazolul) (PVK) depășește adesea alte materiale polimerice de transport al găurilor datorită excelentei sale capacități de formare a peliculei, ceea ce îi conferă o calitate și o stabilitate superioară a interfeței. Cu toate acestea, mobilitatea inerent scăzută a purtătorilor de sarcină a PVK rămâne un blocaj cheie. În ciuda încercărilor de a îmbunătăți capacitățile de transport al sarcinii prin dopare sau inginerie aditivă, depășirea limitărilor impuse de structura electronică a coloanei vertebrale a polimerului rămâne o provocare. Prin urmare, păstrând în același timp avantajele existente de modulație a interfeței ale PVK, există o nevoie urgentă de a dezvolta noi structuri polimerice cu mobilitate ridicată printr-un design molecular inovator.
Studii anterioare au raportat polimerul nedopat HTM, un „polimer pe bază de polivinilcarbazol”, construit prin combinarea unei catene de polietilenă neconjugată cu lanțuri laterale de „tip A” pe bază de carbazol. Atunci când este utilizat ca strat de legătură între PEDOT:PSS și perovskit, acest design structural modulează eficient nivelurile de energie, promovează transportul de găuri și alinierea acestora cu stratul de perovskit și suprimă recombinarea neradiativă. PeLED-urile albastru-cer (lungime de undă de emisie 488 nm) bazate pe această structură au prezentat o tensiune de funcționare de 3 V și o eficiență cuantică externă maximă de 3,26%, o îmbunătățire de 1,27 ori față de dispozitivele fără strat de legătură. Aceste îmbunătățiri de performanță validează puternic superioritatea strategiei care combină catena neconjugată cu aromatice de tip nanomesh. Studiile teoretice au arătat că introducerea unor grupări puternice care atrag electroni (cum ar fi ciano, -CN) în structura moleculară a PVK poate optimiza eficiența extracției sarcinii interfaciale prin creșterea momentului dipolar molecular și poate îmbunătăți stabilitatea peliculei prin interacțiuni intermoleculare dipol-dipol.
Prin urmare, pentru a explora în continuare potențialul strategiei de plasare moleculară " și pentru a îmbunătăți performanța dispozitivului, Xie Linghai și colab. de la Universitatea de Poștă și Telecomunicații din Nanjing, păstrând în același timp această strategie de bază, au introdus grupuri ciano pentru a construi o structură donor-acceptor, proiectând și sintetizând un polimer aromatic nanomesh de tip A funcționalizat ciano, P-CzCN. Caracterizarea experimentală arată că P-CzCN prezintă o mobilitate a găurilor semnificativ îmbunătățită și o capacitate excelentă de pasivare a defectelor. Combinând calcule teoretice și caracterizare multi-scală, această lucrare elucidează sistematic mecanismul de reglare sinergică a modificării ciano asupra comportamentului de stivuire moleculară, căilor de transport ale purtătorilor de sarcină și alinierii nivelului de energie interfacială. PeLED-urile albastre cu straturi de punte P-CzCN au atins o luminanță maximă de 4040 cd m⁻² și o eficiență cuantică externă de 5,39% la 488 nm. Sub diferite tensiuni, spectrul de electroluminescență se centrează constant la 488 nm, prezentând o stabilitate spectrală excelentă. P-CzCN oferă un exemplu important pentru funcționalizarea HTM bazată pe rețea și are o importanță deosebită pentru avansarea aplicării practice a tehnologiei PeLED albastre.
