Niebieskie diody elektroluminescencyjne (LED), jako jeden z trzech kolorów podstawowych i źródło światła wzbudzającego, mają istotne wymagania aplikacyjne w wyświetlaczach pełnokolorowych, oświetleniu ogólnym i transmisji sygnału. W ostatnich latach perowskity metalohalogenkowe stały się silnymi kandydatami na niedrogie niebieskie diody LED nowej generacji ze względu na wysoką wydajność kwantową fotoluminescencji, wysoką czystość barwy i łatwość przetwarzania w roztworze. Aby uzyskać wysokowydajne niebieskie diody LED z perowskitu, naukowcy zaproponowali różne strategie, w tym optymalizację materiałów, inżynierię interfejsów i projektowanie struktur urządzeń. Do tej pory zewnętrzna sprawność kwantowa (PE) niebieskich diod LED z perowskitu osiągnęła nawet 26,4%, ale sprawność energetyczna – kluczowy wskaźnik oceny zużycia energii przez diody LED – pozostaje niezadowalająca.
Biorąc pod uwagę ogromny globalny ślad energetyczny technologii LED i z natury wyższe zużycie energii przez niebieskie perowskity ze względu na ich szerszą przerwę energetyczną w porównaniu z ich czerwonymi i zielonymi odpowiednikami, poprawa współczynnika PE niebieskich diod LED perowskitowych ma kluczowe znaczenie dla projektowania energooszczędnych urządzeń optoelektronicznych. Wartość PE jest określana wzorem PE = (π × L)/(J × V), gdzie L, J i V oznaczają odpowiednio luminancję, gęstość prądu i napięcie sterujące. Dlatego, aby uzyskać wysoki współczynnik PE (odległość emisji światła), konieczna jest maksymalizacja jasności przy jednoczesnym obniżeniu napięcia sterującego przy określonej gęstości prądu. W porównaniu z diodami LED opartymi na polikrystalicznych cienkich warstwach perowskitu, diody LED z kropkami kwantowymi (QD) rokują nadzieje na wyższy współczynnik PE, ponieważ sam emiter QD charakteryzuje się silnymi właściwościami ograniczania nośników, co umożliwia niemal teoretyczną wydajność świetlną. Jednak właściwości izolacji elektrycznej ligandów organicznych w QD poważnie utrudniają transport i rekombinację nośników, zwiększając tym samym napięcie sterujące i skutkując stosunkowo niskim współczynnikiem PE w tych urządzeniach.
Song Jizhong, Yao Jisong i inni z Uniwersytetu w Zhengzhou zdołali obniżyć napięcie sterujące i zwiększyć rekombinację radiacyjną niebieskich perowskitowych diod QLED poprzez wprowadzenie uporządkowanych struktur dipolowych poli(1,1-difluoroetylenu) do warstwy emitującej kropki kwantowe. Dipole polimerowe utworzone z PVDF mogą kierować elektrony i dziury do centralnego obszaru warstwy emitującej, umożliwiając rekombinację radiacyjną, co pomaga obniżyć napięcie sterujące urządzenia. Jednocześnie, efekt odciągający elektrony atomów F w PVDF może skutecznie pasywować nieskoordynowane Pb²⁺, podczas gdy odpowiadające im atomy H mogą oddziaływać z jonami halogenkowymi w perowskitowych kropkach kwantowych, skutecznie tłumiąc rekombinację nieradiacyjną. W rezultacie, niebieskie perowskitowe diody QLED osiągnęły rekordową sprawność energetyczną 43,9 lm W⁻¹, a także imponującą jasność 5474 cd m⁻². Co więcej, zoptymalizowane urządzenia wykazały stabilne widma emisyjne i znacząco poprawiły stabilność operacyjną, co dowodzi ogromnego potencjału proponowanej strategii QLED z niebieskiego perowskitu w zastosowaniach praktycznych.
