El equipo del profesor Xie Rongjun de la Facultad de Materiales de la Universidad de Xiamen, en colaboración con el equipo del profesor Wang Lixin de la Universidad de Fudan, ha dilucidado por primera vez el mecanismo clave por el cual la oxidación electroquímica de las perovskitas de estaño bajo un campo eléctrico provoca la degradación de la emisión de luz en los LED (diodos emisores de luz). Han propuesto una estrategia de regulación sinérgica que combina el dopaje de la red cristalina con la pasivación superficial, logrando fabricar con éxito LED de perovskita de estaño de alta eficiencia y larga vida útil, lo que proporciona un importante soporte teórico y una vía tecnológica para el desarrollo de dispositivos optoelectrónicos de perovskita sin plomo de alto rendimiento. Los resultados de la investigación fueron publicados el día 27 en la revista internacional Science.
Los LED de perovskita de estaño de infrarrojo cercano presentan ventajas como baja toxicidad, procesabilidad en solución y bajo costo, con amplias perspectivas de aplicación en campos como comunicaciones ópticas, imágenes de visión nocturna, almacenamiento de datos y detección biomédica. Sin embargo, durante mucho tiempo, las características inherentes del material, como la alta susceptibilidad a la oxidación de los iones de estaño divalente y la difícil regulación del proceso de cristalización de las perovskitas de estaño, han provocado que la eficiencia de emisión y la estabilidad de los dispositivos queden por detrás de los LED de perovskita de plomo y los LED de puntos cuánticos tradicionales, limitando su desarrollo y aplicación práctica.
Para resolver este problema, el equipo de investigación analizó sistemáticamente los cambios estructurales de las películas delgadas de perovskita de estaño bajo campo eléctrico, los cambios en el estado de valencia de los iones de estaño y el proceso de degradación de la emisión del dispositivo, identificando que la causa fundamental del fallo del dispositivo es la oxidación electroquímica inducida por el desequilibrio en la inyección de portadores. Cuando el dispositivo está en funcionamiento, se acumulan en su interior demasiados portadores de carga conductores, lo que, sumado a la conductividad eléctrica inherente del propio material, provoca de manera conjunta la oxidación irreversible del estaño divalente, alterando así la estructura cristalina, degradando el rendimiento de emisión y provocando una caída brusca de la eficiencia luminosa del dispositivo.
Basándose en este hallazgo, los investigadores adoptaron una estrategia sinérgica de dopaje de la red cristalina combinado con pasivación superficial para estabilizar la estructura cristalina de la perovskita, mejorar el transporte de portadores y suprimir las transiciones no radiativas, logrando fabricar con éxito LED de perovskita de estaño de infrarrojo cercano con un rendimiento excepcional. La eficiencia cuántica externa máxima de este dispositivo alcanza el 21,2% y su vida útil supera las 900 horas.
Este resultado demuestra que los LED de perovskita de estaño de infrarrojo cercano, manteniendo su ventaja de ser respetuosos con el medio ambiente, han logrado un avance sustancial en su rendimiento optoelectrónico, pudiendo proporcionar una nueva fuente de luz de infrarrojo cercano para aplicaciones en campos como las comunicaciones ópticas y la imagen biomédica.