Blauwe lichtemitterende diodes (LED's), als een van de drie primaire kleuren en als excitatiebron, hebben belangrijke toepassingsvereisten in full-color displays, algemene verlichting en signaaloverdracht. De afgelopen jaren zijn metaalhalide-perovskieten sterke kandidaten geworden voor de volgende generatie goedkope blauwe LED's vanwege hun hoge fotoluminescentiekwantumrendement, hoge kleurzuiverheid en eenvoudige verwerkbaarheid via oplossingen. Om hoogwaardige blauwe perovskiet-LED's te realiseren, hebben onderzoekers verschillende strategieën voorgesteld, waaronder materiaaloptimalisatie, interface-engineering en apparaatstructuurontwerp. Tot nu toe heeft het externe kwantumrendement (PE) van blauwe perovskiet-LED's een waarde van maar liefst 26,4% bereikt, maar het vermogensrendement – een belangrijke indicator voor het evalueren van het energieverbruik van LED's – blijft onbevredigend.
Gezien de enorme wereldwijde energievoetafdruk van LED-technologie en het inherent hogere energieverbruik van blauwe perovskieten vanwege hun bredere bandgap in vergelijking met hun rode en groene tegenhangers, is het verbeteren van de PE (lichtemissieafstand) van blauwe perovskiet-LED's cruciaal voor het ontwerpen van energiezuinige opto-elektronische apparaten. De PE-waarde wordt bepaald door de formule PE = (π × L)/(J × V), waarbij L, J en V respectievelijk de luminantie, stroomdichtheid en stuurspanning vertegenwoordigen. Om een hoge PE te bereiken, is het daarom noodzakelijk om de helderheid te maximaliseren en tegelijkertijd de stuurspanning te verlagen bij een specifieke stroomdichtheid. In vergelijking met LED's gebaseerd op polykristallijne perovskiet-dunne films, bieden quantum dot (QD) LED's veelbelangrijke mogelijkheden voor een hogere PE, omdat de QD-emitter zelf sterke ladingsdragerconfineringseigenschappen bezit, waardoor een bijna theoretische lichtrendement mogelijk is. De elektrische isolatie-eigenschappen van organische liganden in QD's belemmeren echter het ladingsdragerstransport en de recombinatie aanzienlijk, waardoor de stuurspanning toeneemt en de PE voor deze apparaten relatief laag is.
Song Jizhong, Yao Jisong en anderen van de Universiteit van Zhengzhou zijn erin geslaagd de aansturingsspanning te verlagen en de stralingsrecombinatie van blauwe perovskiet-QLED's te verbeteren door geordende dipoolstructuren van poly(1,1-difluorethyleen) in de QD-emitterlaag in te brengen. De polymeerdipolen gevormd door PVDF kunnen elektronen en gaten naar het centrale deel van de emitterende laag leiden voor stralingsrecombinatie, wat helpt om de aansturingsspanning van het apparaat te verlagen. Tegelijkertijd kan het elektronenzuigende effect van F-atomen op PVDF ongecoördineerd Pb²⁺ effectief passiveren, terwijl de corresponderende H-atomen kunnen interageren met halide-ionen in de perovskiet-QD's, waardoor niet-stralingsrecombinatie effectief wordt onderdrukt. Als gevolg hiervan werd een recordbrekende energie-efficiëntie van 43,9 lm W⁻¹ bereikt in blauwe perovskiet-QLED's, samen met een indrukwekkende helderheid van 5474 cd m⁻². Bovendien vertoonden de geoptimaliseerde apparaten stabiele emissiespectra en een aanzienlijk verbeterde operationele stabiliteit, wat het grote potentieel van de voorgestelde blauwe perovskiet QLED-strategie voor praktische toepassingen aantoont.
