WU Yuyang
Une équipe collaborative de l’Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l’Académie chinoise des sciences (CAS) a résolu un problème critique dans les diodes électroluminescentes à pérovskite rouge pur (PeLED) en identifiant et en traitant la cause fondamentale de la perte d’efficacité à haute luminosité.
Publiée dans Nature le 7 mai, leur étude a présenté une nouvelle conception de matériau qui permet d’atteindre des performances record, avec une efficacité quantique externe (EQE) de 24,2 % et une luminance maximale de 24 600 cd m-² – la PeLED rouge pure la plus lumineuse rapportée à ce jour.
Les PeLEDs rouge pur, essentielles pour les écrans et l’éclairage, ont longtemps été confrontées à un compromis entre l’efficacité et la luminosité. Alors que les pérovskites 3D à halogénures mixtes comme le CsPbI₃₋ₓBrₓ offrent un excellent transport des charges, leur efficacité s’effondre sous l’effet d’un courant élevé en raison de fuites de porteurs non résolues.
À l’aide d’un outil de diagnostic qu’elle a elle-même mis au point, la spectroscopie d’absorption transitoire excitée électriquement (EETA), l’équipe a capturé en temps réel la dynamique des porteurs dans des dispositifs en fonctionnement. Ils ont découvert que les fuites de trous dans la couche de transport d’électrons – qui n’avaient pas été détectées auparavant en raison de l’absence de méthodes de caractérisation in situ – étaient les principaux responsables de l’affaiblissement de l’efficacité.
Pour remédier à ce problème, les chercheurs ont mis au point une hétérostructure 3D intragrain dans l’émetteur pérovskite. Cette conception intègre des régions d’émission de lumière à bande interdite étroite dans un cadre continu de [PbX₆]⁴-, séparées par des barrières à large bande interdite qui confinent les porteurs. La clé de cette stratégie est la molécule p-Toluènesulfonyl-L-arginine (PTLA), qui se lie fortement au réseau de pérovskite par l’intermédiaire de plusieurs groupes fonctionnels (guanidino, carboxyl, amino et sulfonyl).
La PTLA a élargi le réseau localement, créant des phases à large bande interdite sans perturber la continuité structurelle. La spectroscopie TEM à haute résolution et la spectroscopie ultrarapide ont confirmé le transfert transparent de porteurs entre les phases de l’hétérostructure et la suppression des fuites de trous.
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Les PeLED optimisées ont affiché des performances sans précédent : à 22 670 cd m² – près de 90 % de la luminosité maximale – l’EQE est restée à 10,5 %, dépassant de loin les records précédents. Les tests de stabilité ont révélé une demi-vie de 127 heures à 100 cd m-², avec un décalage spectral minimal pendant le fonctionnement.
L’équipe a attribué ce succès au double rôle de l’hétérostructure : confiner les trous dans l’émetteur tout en maintenant une mobilité élevée des porteurs grâce à un réseau 3D ininterrompu.
Ces travaux comblent une lacune importante dans le domaine de l’optoélectronique à pérovskite, en associant des diagnostics avancés à une ingénierie des matériaux innovante. Les évaluateurs ont salué l’étude comme « un point de repère dans la recherche sur les LED pérovskites », soulignant sa rigueur méthodologique et ses résultats transformateurs.
Légende illustration : L’hétérostructure pérovskite 3D supprime les fuites de trous dans les LEDs. (Image par USTC)
Article : « Intragrain 3D perovskite heterostructure for high-performance pure-red perovskite LEDs » – DOI : 10.1038/s41586-025-08867-6
