Une équipe de recherche de la Florida State University a développé une nouvelle façon de créer de la lumière bleue à partir d’une classe de matériaux qui présente un énorme potentiel pour les dispositifs optoélectroniques, notamment les cellules solaires, les diodes électroluminescentes (LED) et les lasers.
Dirigée par le professeur de chimie FSU Biwu Ma, l’équipe a publié une nouvelle étude dans Matériaux énergétiques avancés qui présente une approche simple et efficace pour créer une lumière bleue efficace et stable à partir de pérovskites aux halogénures métalliques. Les pérovskites aux halogénures métalliques sont une classe émergente de matériaux semi-conducteurs caractérisés par une structure cristalline cubique qui ont de bonnes propriétés d’émission de lumière tout en étant faciles et peu coûteux à fabriquer.
Des scientifiques, dont Ma, ont déjà créé des LED à base de pérovskite très efficaces et stables pour la lumière verte et rouge, mais une lumière bleue efficace et stable a été difficile à obtenir. La lumière bleue nécessite beaucoup d’énergie et la pureté de la couleur bleue diminue souvent avec le temps.
Sans une lumière bleue efficace et stable, il est impossible de créer de la lumière blanche.
« Nous avons développé de nouvelles stratégies pour obtenir une lumière bleue efficace et stable à partir de pérovskites et fabriquer des LED avec des performances plus élevées », a déclaré Ma. « Si vous voulez un écran couleur, vous avez besoin de bleu, de vert et de rouge. Le vert et le rouge ont déjà de bonnes performances, mais le bleu est plus difficile. Il n’est pas facile de créer un bleu stable car il a une énergie plus élevée. »
Ma et son équipe ont créé des nanoplaquettes émettant du bleu à l’aide d’une perovskite aux halogénures métalliques basée sur le composé chimique bromure de plomb au césium, ou CsPbBr3. Les nanoplaquettes sont des nanomatériaux avec seulement quelques cellules unitaires d’épaisseur et, par conséquent, subissent les effets d’un fort confinement diélectrique et quantique.
Pour que ces nanoplaquettes particulières émettent une lumière bleue efficace et stable, les chercheurs les ont recouvertes d’un sulfate organique multifonctionnel qui a permis ce qu’on appelle la passivation de surface, une méthode très efficace utilisée pour améliorer les propriétés de luminescence et la stabilité.
Dans ce projet, la simple passivation au sulfate organique aide à empêcher les nanoplaquettes de se dégrader, leur permettant d’émettre une lumière bleue plus efficace et plus stable.
Avec ces nanoplaquettes de CsPbBr3 passivées en surface comme émetteurs, des LED de preuve de concept ont été fabriquées pour présenter une émission de lumière bleue pure, culminant à 462 nanomètres. La luminance de 691 candela par mètre carré (l’unité standard qui spécifie la luminosité d’un appareil) et la demi-vie de 20 minutes obtenues dans ce travail sont parmi les meilleures valeurs pour les LED de pérovskite bleue pure à base de nanoplaquettes rapportées à ce jour.
« Notre travail montre clairement le potentiel de l’utilisation de nanoplaquettes de pérovskite correctement passivées en surface comme émetteurs pour des LED hautement efficaces et stables », a déclaré Ma.
He Liu et al, Diodes électroluminescentes efficaces et stables basées sur des nanoplaquettes CsPbBr 3 avec passivation de surface par un sulfate organique multifonctionnel, Matériaux énergétiques avancés (2022). DOI : 10.1002/aenm.202201605