Los diodos emisores de luz de perovskita (PeLED), con sus importantes ventajas como el bajo coste de los materiales, el alto brillo luminoso y los colores de emisión ajustables, se han convertido en candidatos muy prometedores para las tecnologías de iluminación y visualización de próxima generación. Desde su desarrollo inicial, los PeLED han logrado avances notables en su rendimiento. Este salto se debe no solo a las innovaciones en el material de la capa emisora, sino, sobre todo, a los efectos sinérgicos de la optimización de la estructura general del dispositivo, la mejora de la eficiencia de inyección y recombinación de portadores y los avances en la ingeniería de interfaces. Los avances en la ingeniería de interfaces han reducido eficazmente la pérdida de energía y pasivado los defectos. En este contexto, la capa de transporte de huecos (HTL), situada entre la capa emisora y el ánodo, desempeña un papel crucial. Determina directamente la eficiencia de inyección de huecos, la pérdida por recombinación no radiativa en la interfaz y la estabilidad operativa general del dispositivo. Por lo tanto, la investigación exhaustiva y la optimización de la capa de transporte de huecos (HTL) son esenciales para mejorar aún más la eficiencia y la vida útil de los PeLED, un paso clave para acelerar la transición de esta tecnología desde la investigación de laboratorio a las aplicaciones prácticas en pantallas, iluminación y bioimágenes.
En la estructura de pines de los PeLED azules, el poli(3,4-etilendioxitiofeno):sulfonato de poliestireno se utiliza ampliamente como material de transporte de huecos debido a su alta movilidad de huecos, buena transparencia óptica y procesabilidad en solución. Sin embargo, el PEDOT:PSS presenta limitaciones significativas en los PeLED azules: su desajuste de nivel de energía con la capa activa de perovskita genera una alta barrera de inyección de huecos y una recombinación no radiativa severa; su higroscopicidad inherente introduce humedad ambiental, acelerando la degradación y la separación de fases del material de perovskita; simultáneamente, su conductividad es susceptible a las condiciones de procesamiento y a los factores ambientales, lo que resulta en un rendimiento inestable del dispositivo y variaciones significativas en la eficiencia.
Para abordar estos cuellos de botella, la introducción de una capa intermedia de polímero entre la HTL y la interfaz de perovskita para construir una capa de puente funcional se ha convertido en una solución sistemática eficaz. Esta estructura de capa intermedia permite una modulación precisa de la banda prohibida para lograr una inyección eficiente de huecos, utiliza la pasivación de la interfaz a nivel molecular para suprimir la recombinación no radiativa y establece una barrera químicamente inerte para mitigar las reacciones destructivas, mejorando así sinérgicamente la eficiencia de conversión fotoeléctrica y la vida útil del dispositivo. Entre las diversas opciones, el poli(N-vinilcarbazol) (PVK) suele superar a otros materiales poliméricos de transporte de huecos debido a su excelente capacidad de formación de películas, lo que le confiere una calidad y estabilidad de interfaz superiores. Sin embargo, la baja movilidad de portadores inherente del PVK sigue siendo un cuello de botella clave. A pesar de los intentos por mejorar las capacidades de transporte de carga mediante dopaje o ingeniería de aditivos, superar las limitaciones impuestas por la estructura electrónica de la cadena principal del polímero sigue siendo un desafío. Por lo tanto, si bien se conservan las ventajas de modulación de interfaz existentes del PVK, existe una necesidad urgente de desarrollar nuevas estructuras poliméricas con alta movilidad mediante un diseño molecular innovador.
Trabajos anteriores informaron sobre el polímero HTM sin dopar, un polímero basado en polivinilcarbazol, construido mediante la combinación de una cadena principal de polietileno no conjugado con cadenas laterales de tipo A basadas en carbazol. Cuando se utiliza como capa de enlace entre PEDOT:PSS y perovskita, este diseño estructural modula eficazmente los niveles de energía, promueve el transporte de huecos y su alineación con la capa de perovskita, y suprime la recombinación no radiativa. Los PeLEDs azul cielo (longitud de onda de emisión de 488 nm) basados en esta estructura exhibieron un voltaje de operación de 3 V y una eficiencia cuántica externa máxima del 3,26 %, una mejora de 1,27 veces en comparación con los dispositivos sin la capa de enlace. Estas mejoras en el rendimiento validan en gran medida la superioridad de la estrategia que combina la cadena principal no conjugada con aromáticos de nanomalla de tipo A. Los estudios teóricos han demostrado que la introducción de grupos fuertemente atractores de electrones (como ciano, -CN) en la estructura molecular del PVK puede optimizar la eficiencia de extracción de carga interfacial al aumentar el momento dipolar molecular y mejorar la estabilidad de la película a través de interacciones dipolo-dipolo intermoleculares.
Por lo tanto, para explorar más a fondo el potencial de la estrategia de malla molecular y mejorar el rendimiento del dispositivo, Xie Linghai et al. de la Universidad de Correos y Telecomunicaciones de Nanjing, manteniendo esta estrategia central, introdujeron grupos ciano para construir una estructura donador-aceptor, diseñando y sintetizando un polímero aromático de nanomalla tipo A funcionalizado con ciano, P-CzCN. La caracterización experimental muestra que P-CzCN exhibe una movilidad de huecos significativamente mejorada y una excelente capacidad de pasivación de defectos. Combinando cálculos teóricos y caracterización multiescala, este trabajo dilucida sistemáticamente el mecanismo de regulación sinérgica de la modificación con ciano en el comportamiento de apilamiento molecular, las rutas de transporte de portadores y la alineación del nivel de energía interfacial. Los PeLED azules con capas puente de P-CzCN lograron una luminancia máxima de 4040 cd m⁻² y una eficiencia cuántica externa del 5,39 % a 488 nm. Bajo diferentes voltajes, el espectro de electroluminiscencia se centra consistentemente en 488 nm, mostrando una excelente estabilidad espectral. El P-CzCN constituye un ejemplo importante para la funcionalización de HTM basados en rejillas y es de gran relevancia para el avance de la aplicación práctica de la tecnología PeLED azul.
