Los LED de perovskita son una tecnología emergente para pantallas, iluminación y comunicaciones de próxima generación. Si bien los LED de perovskita se pueden producir de manera simple y económica, muestran claras ventajas tecnológicas. Son livianos y ofrecen una flexibilidad comparable a los OLED, y tienen una pureza de color y una capacidad de ajuste similar a los LED basados ​​en semiconductores III-V. Con solo unos pocos años de investigación realizada por científicos de todo el mundo, la eficiencia de los LED de perovskita ya rivaliza con tecnologías más maduras.

Sin embargo, al igual que las células solares de perovskita, la estabilidad deficiente del dispositivo de los LED de perovskita se presenta como el mayor desafío para las aplicaciones comerciales. La vida útil típica de los LED de perovskita es del orden de 10 a 100 horas. Por el contrario, la vida útil mínima requerida para una pantalla OLED es de 10.000 horas. Los investigadores enfrentan grandes dificultades para alcanzar este umbral, ya que los semiconductores de perovskita de haluro pueden ser intrínsecamente inestables debido a la naturaleza iónica de sus estructuras cristalinas:los iones pueden moverse cuando se aplican voltajes a los LED, lo que lleva a la degradación del material.

Recientemente, un grupo de investigación dirigido por el Prof. Di Dawei y el Prof. Zhao Baodan de la Facultad de Ciencias Ópticas e Ingeniería de la Universidad de Zhejiang logró un avance importante en esta área. Descubrieron que mediante el uso de un estabilizador molecular dipolar, es posible fabricar LED de perovskita eficientes y estables con una vida útil ultralarga, satisfaciendo las demandas de las aplicaciones comerciales. La investigación se llevó a cabo en colaboración con los grupos de investigación del Prof. Li Cheng en la Universidad de Xiamen, el Prof. Hong Zijian en la Universidad de Zhejiang y el Prof. Li Weiwei en la NUAA y anteriormente en la Universidad de Cambridge. Los investigadores publicaron un artículo titulado "Diodos emisores de luz de perovskita de infrarrojo cercano ultraestables" el 8 de agosto de 2022 en Nature Photonics .

"Nuestros LED de perovskita estabilizados no mostraron degradación del rendimiento durante 5 meses (3600 horas) de funcionamiento continuo bajo una corriente de 5 mA/cm ² . Algunas de las mediciones aún están en curso”, dijo Di, autor correspondiente del artículo. “Esto es realmente emocionante y está completamente más allá de las expectativas. Los dispositivos son muy estables y es poco probable que algunas mediciones en curso finalicen en un año o incluso más. Para poder obtener los datos de vida útil dentro de un plazo razonable, necesitamos usar pruebas de envejecimiento acelerado ampliamente utilizadas para los LED", dijo Di.

Los LED de perovskita de infrarrojo cercano muestran una vida útil extraordinaria. Por ejemplo, el T₅₀ estimado la vida útil (tiempo necesario para que la radiación inicial caiga al 50 %) es de 32 675 horas (3,7 años) con una radiación inicial de 2,1 W sr ^-1 m ^-2 (3,2 mA/cm ² ). Este resplandor es aproximadamente la misma potencia óptica para un OLED verde comercial que funciona con un alto brillo de 1000 cd/m ² . Con una radiancia inicial baja de 0,21 W sr ^-1 m ^-2 (una décima parte del ajuste de brillo anterior) o 0,7 mA/cm ² , el T₅₀ pronosticado la vida útil es de 2,4 millones de horas (2,7 siglos).

Guo Bingbing, estudiante de posgrado en la Universidad de Zhejiang y primer autor del artículo, dijo:"Creemos que es importante realizar análisis sólidos de vida útil para la nueva clase de LED utilizando tantos puntos de datos como sea posible. Para lograr este objetivo, recopilamos 62 puntos de datos de experimentos de envejecimiento acelerado en un amplio rango de densidad de corriente de 10 a 200 mA/cm ² ." La eficiencia cuántica externa máxima y la eficiencia de conversión de energía de los dispositivos alcanzaron el 22,8 % y el 20,7 %, respectivamente. Estos son los valores de eficiencia más altos para los LED de perovskita del infrarrojo cercano.

Los investigadores descubrieron que los materiales de perovskita estabilizados mantienen muy bien sus estructuras cristalinas a lo largo del tiempo. "Las estructuras cristalinas no cambiaron durante más de 322 días", dijo Zhao, autor correspondiente del artículo. "Esto significa que el estabilizador molecular dipolar ayuda a la perovskita a conservar su fase cristalina optoelectrónicamente activa original. Por el contrario, las muestras de perovskita no tratadas cambiaron sus estructuras cristalinas y se descompusieron en aproximadamente dos semanas", dijo Zhao.

El movimiento de iones en los materiales de perovskita es una fuente de inestabilidad. Este problema empeora mucho con voltajes externos durante el funcionamiento del LED. "Nuestros experimentos y cálculos mostraron que las moléculas dipolares se unen químicamente o interactúan con todos los iones positivos y negativos en los límites de los granos de cristal de perovskita", dijo Guo, "y esta puede ser la razón por la cual la migración de iones se vuelve más difícil en la perovskita estabilizada".

"La supresión del movimiento iónico se puede ver en las mediciones eléctricas y ópticas que realizamos nosotros y nuestros colaboradores", comentó Zhao.

Los resultados de la vida útil sugieren que los dispositivos de perovskita no son "genéticamente defectuosos" en términos de estabilidad. "Se creía ampliamente que las perovskitas de haluro metálico, como una clase emergente de semiconductores, eran intrínsecamente inestables, particularmente en aplicaciones de LED donde hay campos eléctricos altos", dijo Di, "nuestros resultados muestran que hacer dispositivos de perovskita estables no es una 'misión imposible'. '"

Se espera que la vida útil ultralarga aumente la confianza en el campo de los LED de perovskita, ya que ahora satisfacen el requisito de estabilidad de los OLED comerciales. Los LED de infrarrojo cercano pueden ser útiles en pantallas infrarrojas, comunicaciones y aplicaciones biológicas. Si bien se necesitan más esfuerzos para desarrollar dispositivos visibles con una longevidad similar para pantallas a todo color, la demostración de los LED ultraestables de perovskita ha allanado el camino hacia las aplicaciones industriales. + Explora más

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