Os diodos emissores de luz de perovskita (PeLEDs), com suas vantagens significativas, como baixo custo de material, alto brilho luminoso e cores de emissão ajustáveis, tornaram-se candidatos altamente promissores para tecnologias de iluminação e displays de próxima geração. Desde seu desenvolvimento inicial, os PeLEDs alcançaram avanços notáveis em desempenho. Esse salto decorre não apenas de inovações no próprio material da camada emissora, mas, mais importante, dos efeitos sinérgicos da otimização da estrutura geral do dispositivo, do aumento da eficiência de injeção e recombinação de portadores e dos avanços na engenharia de interfaces. Os avanços na engenharia de interfaces reduziram efetivamente a perda de energia e passivaram defeitos. Nesse contexto, a camada de transporte de lacunas (HTL), localizada entre a camada emissora e o ânodo, desempenha um papel crucial. Ela determina diretamente a eficiência de injeção de lacunas, a perda por recombinação não radiativa na interface e a estabilidade operacional geral do dispositivo. Portanto, a pesquisa e a otimização aprofundadas da HTL são essenciais para melhorar ainda mais a eficiência e a vida útil dos PeLEDs, um passo fundamental para acelerar a transição dessa tecnologia da pesquisa laboratorial para aplicações práticas em displays, iluminação e bioimagem.
Na estrutura de pinos dos PeLEDs azuis, o poli(3,4-etilenodioxitiofeno):poliestireno sulfonato (PEDOT:PSS) é amplamente utilizado como material de transporte de lacunas devido à sua alta mobilidade de lacunas, boa transparência óptica e processabilidade em solução. No entanto, o PEDOT:PSS apresenta limitações significativas em PeLEDs azuis: a incompatibilidade de seus níveis de energia com a camada ativa de perovskita leva a uma alta barreira de injeção de lacunas e recombinação não radiativa severa; sua higroscopicidade inerente introduz umidade ambiental, acelerando a degradação e a separação de fases do material de perovskita; simultaneamente, sua condutividade é suscetível às condições de processamento e a fatores ambientais, resultando em desempenho instável do dispositivo e variações significativas de eficiência.
Para solucionar esses gargalos, a introdução de uma camada intermediária de polímero entre a camada de transporte de lacunas (HTL) e a interface da perovskita, criando uma camada de ponte funcional, tornou-se uma solução sistemática eficaz. Essa estrutura intermediária permite a modulação precisa da banda proibida para alcançar uma injeção eficiente de lacunas, utiliza a passivação da interface em nível molecular para suprimir a recombinação não radiativa e estabelece uma barreira quimicamente inerte para mitigar reações destrutivas, aumentando sinergicamente a eficiência de conversão fotoelétrica e a vida útil do dispositivo. Dentre as diversas opções, o poli(N-vinilcarbazol) (PVK) frequentemente supera outros materiais poliméricos de transporte de lacunas devido à sua excelente capacidade de formação de filmes, o que lhe confere qualidade e estabilidade de interface superiores. No entanto, a baixa mobilidade de portadores inerente ao PVK permanece um gargalo crucial. Apesar das tentativas de melhorar as capacidades de transporte de carga por meio de dopagem ou engenharia de aditivos, superar as limitações impostas pela estrutura eletrônica da cadeia principal do polímero continua sendo um desafio. Portanto, mantendo as vantagens de modulação de interface existentes no PVK, há uma necessidade urgente de desenvolver novas estruturas poliméricas com alta mobilidade por meio de um design molecular inovador.
Trabalhos anteriores relataram o HTM polimérico não dopado, um “polímero à base de polivinilcarbazol”, construído pela combinação de uma cadeia principal de polietileno não conjugada com cadeias laterais do tipo A à base de carbazol. Quando usado como camada de ponte entre PEDOT:PSS e perovskita, esse design estrutural modula efetivamente os níveis de energia, promove o transporte de lacunas e seu alinhamento com a camada de perovskita e suprime a recombinação não radiativa. LEDs Pe de cor azul-celeste (comprimento de onda de emissão de 488 nm) baseados nessa estrutura exibiram uma tensão de operação de 3 V e uma eficiência quântica externa máxima de 3,26%, uma melhoria de 1,27 vezes em comparação com dispositivos sem a camada de ponte. Essas melhorias de desempenho validam fortemente a superioridade da estratégia que combina a cadeia principal não conjugada com nanomesh aromático do tipo A. Estudos teóricos demonstraram que a introdução de grupos fortemente eletronegativos (como o ciano, -CN) na estrutura molecular do PVK pode otimizar a eficiência de extração de carga interfacial, aumentando o momento dipolar molecular e melhorando a estabilidade do filme por meio de interações dipolo-dipolo intermoleculares.
Portanto, para explorar ainda mais o potencial da estratégia de malha molecular e melhorar o desempenho do dispositivo, Xie Linghai e colaboradores, da Universidade de Correios e Telecomunicações de Nanjing, mantendo essa estratégia central, introduziram grupos ciano para construir uma estrutura doadora-aceitadora, projetando e sintetizando um polímero aromático em nanomesh do tipo A funcionalizado com ciano, o P-CzCN. A caracterização experimental mostra que o P-CzCN exibe mobilidade de lacunas significativamente melhorada e excelente capacidade de passivação de defeitos. Combinando cálculos teóricos e caracterização multiescala, este trabalho elucida sistematicamente o mecanismo de regulação sinérgica da modificação com ciano no comportamento de empilhamento molecular, nos caminhos de transporte de portadores e no alinhamento dos níveis de energia interfacial. LEDs azuis PeLED com camadas de ponte de P-CzCN atingiram uma luminância máxima de 4040 cd m⁻² e uma eficiência quântica externa de 5,39% a 488 nm. Sob diferentes voltagens, o espectro de eletroluminescência se concentra consistentemente em 488 nm, exibindo excelente estabilidade espectral. O P-CzCN fornece um exemplo importante para a funcionalização de HTM baseado em grade e é de grande importância para o avanço da aplicação prática da tecnologia PeLED azul.
