Un equipo liderado por el Prof. YAO Hongbin, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC), ha desarrollado un diodo emisor de luz (LED) de luz blanca cálida de alta eficiencia y alta luminosidad, basado en híbridos de clúster de yoduro de cobre.
Los LED procesados por solución representan un frente tecnológico emergente en la iluminación de estado sólido a gran escala. Su atractivo radica en un proceso de fabricación simple y una alta operabilidad, posicionándolos como la vanguardia para la próxima generación de iluminación.
Hasta ahora, dispositivos LED basados en perovskitas de haluro de plomo, materiales semiconductores orgánicos y puntos cuánticos han demostrado un desempeño electroluminiscente impresionante. Sin embargo, estos materiales no están exentos de desventajas, principalmente su contenido de metales pesados como el plomo y el cadmio, que plantean serios problemas ambientales. Además, los LED basados en moléculas orgánicas emisoras de luz y puntos cuánticos de InP o ZnSe presentan altos costos de producción debido a la complejidad de su síntesis.
El equipo del Prof. YAO abordó estas problemáticas mediante el diseño de un clúster híbrido basado en yodo y cobre con un espectro de fotoluminiscencia amplio. Los resultados de su aproximación, publicados recientemente en Nature Photonics, muestran cómo es factible el desarrollo de un nuevo tipo de híbridos de clúster de cobre y yoduro con grupos funcionales que facilitan tanto la solubilidad como la estabilidad de los mismos.
El equipo, mediante la introducción de ligandos de nitrógeno-fosfina y ligandos solubilizantes que contienen fosfina, obtuvo clústeres híbridos de cobre-yodo con una alta eficiencia de luminiscencia y una alta solubilidad de más de 200 mg/mL. Asimismo se logró una buena estabilidad estructural en N, N-dimetilformamida (DMF), el disolvente cruzado utilizado en la producción de LED. Las películas delgadas luminiscentes fabricadas por recubrimiento por rotación en DMF presentan una baja rugosidad superficial de 0,22 nm y un alto rendimiento cuántico de fotoluminiscencia de más del 70%, que puede utilizarse como capa luminiscente para fabricar dispositivos LED blanco cálido de bajo coste.
Los dispositivos LED resultantes alcanzan una eficiencia cuántica externa máxima del 19,1%, una luminosidad de más de 40.000 cd m-2 y una vida útil de más de 232 h (T50@100 cd m-2). Además, gracias a la buena solubilidad y procesabilidad de los clústeres, el equipo construyó un dispositivo LED procesado en solución de gran superficie con un área de trabajo de 36 cm2 mediante recubrimiento de láminas, que mostró una emisión de luz blanca cálida con un brillo cercano a 60.000 cd m-2. Mediante la modificación de diferentes grupos donadores de electrones en los heterociclos de nitrógeno de los ligandos de nitrógeno-fosfina, el equipo desarrolló una serie de dispositivos LED de color regulable procesados en solución.
Los resultados muestran, por tanto, el gran potencial de los LED basados en clústeres de yoduro de cobras para aplicaciones de iluminación en estado sólido. La capacidad de expansión estructural y la sintonización espectral de las agrupaciones híbridas de cobre e yoduro las hacen realmente prometedoras para fabricar paneles LED de alto rendimiento y bajo coste.
Imagen de portada: Dall-E
