Un equipo de investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) ha desarrollado un diodo emisor de luz (LED) blanco cálido de alta eficiencia y alto brillo basado en híbridos de clúster de yoduro de cobre. La capacidad de expansión estructural y la sintonizabilidad espectral de los grupos híbridos de yoduro de cobre los hacen prometedores para fabricar paneles LED e iluminación de estado sólido de bajo costo y alto rendimiento.
Los LED procesados en solución se consideran la tecnología para realizar la próxima generación de iluminación de estado sólido de gran superficie debido a su proceso de fabricación simple y alta operatividad. En la actualidad, los dispositivos LED procesados en solución basados en perovskitas de haluro de plomo, materiales semiconductores orgánicos y puntos cuánticos (QD) de núcleo-cubierta coloidales, han logrado un alto rendimiento de electroluminiscencia.
Sin embargo, los materiales que contienen metales pesados, como las perovskitas de haluro de plomo y los QD de CdSe, causan graves problemas ambientales, mientras que los dispositivos LED basados en moléculas orgánicas emisoras de luz, los QD de InP y los QD de ZnSe, tienen un alto costo de producción debido a su compleja síntesis. Por lo tanto, desarrollar LED procesados por solución basados en emisores de bajo costo, baja toxicidad, fácilmente escalables y altamente eficientes es el desafío clave para la futura iluminación de estado sólido.
Generación de dispositivos LED basados en híbrido a base de yodo
En base a esto, los investigadores han diseñado y preparado un grupo híbrido a base de yodo y cobre con un amplio espectro de fotoluminiscencia. Al introducir ligandos quelantes de nitrógeno-fosfina y ligandos solubilizantes que contienen fosfina, el equipo obtuvo grupos híbridos de yoduro de cobre con alta eficiencia de luminiscencia y alta solubilidad, que muestran una alta solubilidad de más de 200 mg/ml y una buena estabilidad estructural en N-dimetilformamida (DMF), el disolvente cruzado utilizado en la producción de LED.
Las películas delgadas luminiscentes fabricadas mediante recubrimiento por rotación en DMF exhiben una rugosidad superficial baja de 0,22 nm y un alto rendimiento cuántico de fotoluminiscencia de más del 70%, que se puede utilizar como capa luminiscente para fabricar dispositivos LED de color blanco cálido de bajo costo a través de una ruta de disolvente ortogonal.
Los dispositivos LED resultantes alcanzan una eficiencia cuántica externa máxima del 19,1%, un brillo de más de 40.000 cd m-2 y una vida útil operativa de más de 232 horas. Mientras tanto, gracias a la buena solubilidad y procesabilidad de los grupos, el equipo construyó un dispositivo LED procesado en solución de gran superficie con un área de trabajo de 36 cm2 mediante un revestimiento de cuchilla, que exhibió una emisión de luz blanca cálida con un brillo cercano a 60.000 cd m-2.
Además, modificando diferentes grupos donadores de electrones en los heterociclos de nitrógeno de los ligandos quelantes de nitrógeno-fosfina, el equipo desarrolló una serie de dispositivos LED sintonizables en color procesados en solución.