Un equipo de investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) ha resuelto un problema crítico de los diodos emisores de luz de perovskita roja pura (PeLED) al identificar y abordar la causa fundamental de la pérdida de eficiencia a alta luminosidad. Su investigación introduce un novedoso diseño de material que permite aumenta el rendimiento del dispositivo, alcanzando una eficiencia cuántica externa (EQE) máxima del 24,2% y una luminancia máxima de 24.600 cd m-².
Los PeLED de color rojo puro, cruciales para la iluminación y las pantallas de gran intensidad luminosa, se han enfrentado durante mucho tiempo a la disyuntiva entre eficiencia y brillo. Aunque las perovskitas 3D de haluros mixtos, como la CsPbI₃₋ₓBrₓ, ofrecen un óptimo transporte de carga, su eficiencia cae en picado con corrientes elevadas debido a la fuga de portadores sin resolver.
Utilizando una herramienta de diagnóstico de desarrollo propio denominada espectroscopia de absorción transitoria de excitación eléctrica (EETA), el equipo captó en tiempo real la dinámica de los portadores en dispositivos en funcionamiento. Descubrieron que las fugas de huecos en la capa de transporte de electrones eran las principales responsables de la disminución de la eficiencia.
Heteroestructura 3D intragranular
Para solucionar este problema, los investigadores crearon una heteroestructura 3D intragranular dentro del emisor de perovskita. Este diseño incorpora regiones emisoras de luz de banda estrecha dentro de una estructura continua de [PbX₆]⁴-, separadas por barreras de banda ancha que confinan los portadores. La clave de la estrategia es la molécula p-Toluenosulfonil-L-arginina (PTLA), que se une fuertemente a la red de perovskita a través de múltiples grupos funcionales (guanidino, carboxilo, amino y sulfonilo).
La PTLA expandió localmente la red, creando fases de amplio intervalo de banda sin alterar la continuidad estructural. La TEM de alta resolución y la espectroscopia ultrarrápida confirmaron la perfecta transferencia de portadores entre las fases de la heteroestructura y la supresión de las fugas de huecos.
Los PeLED optimizados mostraron un rendimiento sin precedentes: a 22.670 cd m-² -casi el 90% del brillo máximo- el EQE se mantuvo en el 10,5%, superando con creces los récords anteriores. Las pruebas de estabilidad revelaron una vida media de 127 horas a 100 cd m-², con un cambio espectral mínimo durante el funcionamiento.
El equipo atribuyó este éxito a la doble función de la heteroestructura: confinar los huecos en el emisor y mantener al mismo tiempo una elevada movilidad de los portadores gracias a una red tridimensional ininterrumpida.