Перовскитные светодиоды (PeLED), благодаря своим значительным преимуществам, таким как низкая стоимость материалов, высокая яркость и возможность регулирования цвета излучения, стали весьма перспективными кандидатами для технологий отображения и освещения следующего поколения. С момента своего появления PeLED достигли значительных успехов в производительности. Этот скачок обусловлен не только инновациями в самом материале излучающего слоя, но, что более важно, синергетическим эффектом общей оптимизации структуры устройства, повышения эффективности инжекции и рекомбинации носителей заряда, а также достижениями в области проектирования интерфейсов. Достижения в области проектирования интерфейсов позволили эффективно снизить потери энергии и пассивировать дефекты. В этом контексте слой переноса дырок (HTL), расположенный между излучающим слоем и анодом, играет решающую роль. Он напрямую определяет эффективность инжекции дырок, потери на нерадиационную рекомбинацию на границе раздела и общую эксплуатационную стабильность устройства. Поэтому углублённые исследования и оптимизация слоя переноса дырок (HTL) имеют важное значение для дальнейшего повышения эффективности и срока службы PeLED, что является ключевым шагом в ускорении перехода этой технологии от лабораторных исследований к практическому применению в дисплеях, освещении и биовизуализации.
В структуре синих PeLED-дисплеев поли(3,4-этилендиокситиофен):полистиролсульфонат широко используется в качестве материала для переноса дырок благодаря высокой подвижности дырок, хорошей оптической прозрачности и возможности обработки в растворе. Однако PEDOT:PSS имеет существенные ограничения в синих PeLED-дисплеях: несоответствие его энергетических уровней активному слою перовскита приводит к высокому барьеру инжекции дырок и сильной нерадиационной рекомбинации; его присущая гигроскопичность вносит влагу в окружающую среду, ускоряя деградацию и фазовое расслоение перовскитного материала; одновременно его проводимость чувствительна к условиям обработки и факторам окружающей среды, что приводит к нестабильной работе устройства и значительным колебаниям эффективности.
Для решения этих проблем эффективным систематическим решением стало введение полимерного промежуточного слоя между слоем переноса дырок (HTL) и интерфейсом перовскита для создания функционального мостикового слоя. Эта структура промежуточного слоя позволяет точно модулировать ширину запрещенной зоны для достижения эффективной инжекции дырок, использует пассивацию интерфейса на молекулярном уровне для подавления безызлучательной рекомбинации и создает химически инертный барьер для смягчения разрушительных реакций, тем самым синергетически повышая эффективность фотоэлектрического преобразования и срок службы устройства. Среди различных вариантов поли(N-винилкарбазол) (PVK) часто превосходит другие полимерные материалы для переноса дырок благодаря своей превосходной способности к пленкообразованию, что обеспечивает ему высокое качество и стабильность интерфейса. Тем не менее, изначально низкая подвижность носителей заряда в PVK остается ключевым узким местом. Несмотря на попытки улучшить возможности переноса заряда путем легирования или добавления примесей, преодоление ограничений, накладываемых электронной структурой полимерной цепи, остается сложной задачей. Поэтому, сохраняя существующие преимущества модуляции интерфейса PVK, существует острая необходимость в разработке новых полимерных структур с высокой подвижностью за счет инновационного молекулярного дизайна.
В предыдущих работах сообщалось о нелегированном полимере HTM, «полимере на основе поливинилкарбазола», созданном путем объединения неконъюгированной полиэтиленовой основы с боковыми цепями «А-типа» на основе карбазола. При использовании в качестве связующего слоя между PEDOT:PSS и перовскитом эта структурная конструкция эффективно модулирует энергетические уровни, способствует переносу дырок и их выравниванию со слоем перовскита, а также подавляет безызлучательную рекомбинацию. Небесно-голубые PeLED (длина волны излучения 488 нм) на основе этой структуры продемонстрировали рабочее напряжение 3 В и максимальную внешнюю квантовую эффективность 3,26%, что в 1,27 раза лучше по сравнению с устройствами без связующего слоя. Эти улучшения характеристик убедительно подтверждают превосходство стратегии, сочетающей неконъюгированную основу с ароматическими наносетками А-типа. Теоретические исследования показали, что введение сильных электроноакцепторных групп (таких как цианогруппа, -CN) в молекулярную основу ПВК может оптимизировать эффективность извлечения заряда на границе раздела фаз за счет усиления молекулярного дипольного момента и улучшить стабильность пленки за счет межмолекулярных диполь-дипольных взаимодействий.
Таким образом, для дальнейшего изучения потенциала стратегии молекулярного сшивания и улучшения характеристик устройства, Се Линхай и др. из Нанкинского университета почты и телекоммуникаций, сохраняя эту основную стратегию, ввели цианогруппы для создания донорно-акцепторной структуры, разработав и синтезировав цианофункционализированный наносетчатый ароматический полимер типа А, P-CzCN. Экспериментальная характеристика показывает, что P-CzCN демонстрирует значительно улучшенную подвижность дырок и превосходную способность к пассивации дефектов. Сочетая теоретические расчеты и многомасштабную характеристику, эта работа систематически объясняет синергетический механизм регулирования циано-модификации на поведение молекулярного сшивания, пути переноса носителей заряда и выравнивание энергетических уровней на границе раздела. Синие светодиоды на основе перовскита с мостиковыми слоями P-CzCN достигли максимальной яркости 4040 кд·м⁻² и внешней квантовой эффективности 5,39% при 488 нм. При различных напряжениях спектр электролюминесценции стабильно центрируется на 488 нм, демонстрируя превосходную спектральную стабильность. P-CzCN представляет собой важный пример функционализации HTM на основе сетки и имеет большое значение для развития практического применения технологии синих PeLED.
