Investigadores surcoreanos han encontrado una solución para la producción de LED azul con una alternativa más económica y sostenible a la de nitruro de indio galio (InGaN), la cual es utilizada actualmente para la producción de LED. El descubrimiento se ha logrado a través de la utilización de una nueva técnica de cristalización que permite la creación de perovskitas de ruddlesden-popper quasi-2D (2D-RPPs), una sustancia que posee excelentes propiedades optoelectrónicas, las cuales son ideales para la producción de LED.
El equipo de investigación de la Universidad Yonsei y la Universidad Sungkyunkwan, ambas en Corea del Sur, han publicado recientemente un paper en la revista Advanced Photonics, donde explican la técnica de cristalización empleada. La técnica consiste en la cristalización inmediata de las perovskitas a través de un baño en caliente de éter de dietilo. Esta técnica, conocida como baño en caliente de antisolvente, permite la distribución aleatoria de las especies químicas en el film resultante, lo que da como resultado la obtención de perovskitas 2D-RPPs de alta pureza de fase.
Los materiales híbridos orgánico-inorgánicos de perovskita han atraído gran atención en el campo de los diodos emisores de luz (LED) debido a sus excelentes propiedades optoelectrónicas, como el color de emisión de luz sintonizable, la alta movilidad de los portadores de carga, el alto rendimiento cuántico de fotoluminiscencia (PLQY) y la tolerancia a los defecto.
Estos LED de perovskita (PeLED) han progresado rápidamente en términos de rendimiento desde las primeras investigaciones en 2014. En la actualidad, los PeLED verdes, rojos e infrarrojos cercanos han alcanzado notables eficiencias cuánticas externas (EQE) de más del 20% y han mostrado un gran potencial para su comercialización en un futuro próximo. Por el contrario, el desarrollo de los PeLED azules, especialmente los de color azul intenso con emisiones de longitud de onda en el rango de 425 a 465 nm, va muy a la zaga de los de otras regiones espectrales. Además, la estabilidad operativa de los PeLED azules sigue siendo un reto considerable para su futura explotación.
Recientemente, las perovskitas de Ruddlesden-Popper (2D-RPPs) casi bidimensionales (2D) han suscitado un creciente interés en la investigación como materiales alternativos para los PeLED emisores de azules. Las perovskitas 2D-RPPs de alta pureza de fase presentan una gran estabilidad y permiten la emisión de un LED de color azul profundo.
Las 2D-RPPs se derivan de materiales convencionales de perovskita tridimensional (3D) con estequiometría ABX3 (donde A es un pequeño catión orgánico univalente, B es un catión metálico divalente y X es un ion haluro). Además, las 2D-RPP presentan propiedades electrónicas similares a las de los pozos cuánticos, con fuertes energías de enlace de excitones debido a su reducida dimensionalidad, lo que resulta beneficioso para mejorar el rendimiento de los PeLED. Sin embargo, a diferencia de la aplicación de PeLED 3D, sigue siendo un reto demostrar PeLEDs azul-emisivos y de color puro basados en 2D-RPPs, debido a la formación de múltiples fases.
En este nuevo estudio, los científicos han logrado desarrollar PeLEDs de color azul intenso basados en 2D-RPPs de fase pura obtenidos mediante un método de cristalización rápida. El equipo de investigación pudo obtener una eficiencia cuántica externa máxima (EQE) de 0.63% con una longitud de onda de emisión centrada en 437 nm. Además, la estabilidad prolongada de los dispositivos electrónicos emisores de luz de perovskita fue confirmada con un espectro de emisión prácticamente sin cambios, lo que es comparable a los dispositivos de última generación.
Según el autor principal del estudio, Jooho Moon, profesor en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Yonsei, «Este trabajo proporciona un enfoque novedoso para lograr LED de perovskita azul profundo de alto rendimiento y espectralmente estable. Nuestra investigación sugiere que el control de la cinética de cristalización es clave para la preparación de perovskitas 2D-RPP de alta pureza de fase, lo que presenta una gran promesa para abordar los desafíos actuales».
Esta innovadora técnica presenta una solución prometedora para los problemas de producción de LED azul utilizando materiales más económicos y sostenibles en comparación con los métodos convencionales que emplean nitruro de indio galio (InGaN). La técnica desarrollada por los investigadores surcoreanos puede ser aplicada en la producción de LED de alta calidad en todo el mundo, lo que promete una mayor eficiencia y una menor huella ambiental en la producción de dispositivos electrónicos emisores de luz.
Puede acceder al paper de la investigación a través del siguiente enlace:
http://dx.doi.org/10.1117/1.AP.5.1.016001
Créditos imagen de portada: J. Moon, Universidad de Yonsei.
