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.
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
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