Perovskite for hybrid light emitting devices

Las perovskitas de halogenuros metálicos (MHP) se han convertido en un candidato prometedor para ser utilizados como fósforos en los dispositivos emisores de luz. Esto está relacionado con la sinergia de sus excelentes características, que incluyen altos rendimientos cuánticos de fotoluminiscencia (PLQY), emisión estrecha y sintonizable, larga vida útil de los portadores de carga, amplio espectro de absorción junto con altos coeficientes de absorción de extinción, entre otros. Sin embargo, el principal cuello de botella es la mala estabilidad de los MHP en condiciones ambientales. Esto está imponiendo severas restricciones con respecto a sus aplicaciones industrializadas y comercialización. En este contexto, en esta tesis se han propuesto varias estrategias eficientes, como el uso de óxidos metálicos/polímeros para encapsular los MHP, la ingeniería de superficies para pasivar los defectos superficiales y aumentar la resistencia contra las tensiones circundantes. Finalmente, también se fabrica una delicada estructura cuasi-2D para mejorar la estabilidad e investigar la evolución de los PLQY durante el almacenamiento a temperatura ambiente. Todas estas estrategias se proponen con el propósito de superar los problemas de estabilidad y conservar las excelentes propiedades de los MHP y, por lo tanto, facilitar el desarrollo de las prestaciones de los dispositivos relacionados. El capítulo 1 es el trasfondo de esta tesis. En primer lugar, nos centraremos en presentar la tecnología de diodos emisores de luz (LED) y, luego, en los beneficios de usar MHP como fósforos en los LED. Finalmente, se demuestran los métodos sintéticos y las estrategias de tratamiento hacia MHP estables y eficientes. Los principios básicos y los métodos novedosos también están bien considerados en esta parte. Los protocolos de caracterización estándar de los MHP y los compuestos relacionados con MHP con respecto al tamaño, el grosor de la cubierta, la composición, las propiedades ópticas y la estabilidad ambiental frente a la humedad, el calor, la irradiación y el O2 son clave para garantizar un rápido avance en el campo. En el Capítulo 2, se discuten varias técnicas de caracterización ampliamente utilizadas relacionadas con la microscopía, la espectroscopía, así como la estabilidad y la estructura. En el Capítulo 3, se prepara un nuevo compuesto CsPbBr3@SiO2/ZrO2 con recubrimiento binario de óxido metálico en una síntesis de un solo recipiente a través del control cinético de la reacción sol-gel, seguido de un proceso de secado suave al aire. Estas nanopartículas híbridas muestran PLQY de ca. 65 % que son estables bajo escenarios de estrés por temperatura, ambiente e irradiación. Esto se traduce en pc-LED con una eficiencia de conversión cercana a la unidad en cualquier corriente aplicada, altas eficiencias de alrededor de 75 lm W-1 y una de las estabilidades más notables de ca. 200 h y 700 h a 100 y 10 mA, respectivamente. Además, el mecanismo de degradación del dispositivo se racionaliza cuidadosamente comparando dispositivos que funcionan en condiciones ambientales/inertes. En el Capítulo 4, se presenta la primera preparación ambiental in situ de filtros de biopolímeros MHP altamente luminiscentes y estables (nanocristales de MAPbBr3 como emisor y poli(ácido L-láctido) (PLLA) como matriz) con áreas arbitrarias (hasta aprox. 300 cm2) se informa. Los fósforos MAPbBr3-PLLA presentan una emisión estrecha (25 nm) con excelentes PLQY (> 85 %) y estabilidades bajo almacenamiento ambiental, estrés hídrico y térmico. Esto se corrobora en los pc-LED verdes que presentan un roll-off de baja eficiencia y una excelente estabilidad operativa de aprox. 600 h, y altas eficiencias lumínicas de 65 lm W-1 que destacan del estado de la técnica (p. ej., vida media de 200 h a 50 lm W-1). Los filtros se aprovechan aún más para fabricar pc-LED de emisión blanca con eficiencias de aprox. 73 lm W-1 y coordenadas de color CIE x/y de 0,33/0,32. En el Capítulo 5, una nueva familia de agentes de protección biogénicos, la fosfatidil-L-serina (Ptd-L-Ser), que combina motivos de enlaces múltiples más fuertes y una protección de cubierta hidrófoba en comparación con los agentes de protección tradicionales, ha llevado a CsPbBr3 MHP superior (CsPbBr3-Ptd-L-Ser) con una estabilidad significativamente mejorada en el almacenamiento/calentamiento/agua, con excelentes rendimientos cuánticos de fotoluminiscencia de aprox. 90% en 3 meses. Los estudios espectroscópicos/teóricos revelan que el origen de este comportamiento es el aumento de la energía de enlace del excitón asociado a la versatilidad de los enlaces múltiples. Esto da como resultado PC-LED basados en CsPbBr3-Ptd-L-Ser que presentan eficiencias luminosas más altas de aprox. 65 lm W-1 junto con excelentes estabilidades de >700 h (20 mA) y >200 h (100 mA) que contrasta fuertemente con el rendimiento de ambos dispositivos de referencia con NC prístinos de CsPbBr3 (45 lm W-1; 120 h (20 mA) y 27 h (100 mA)) y el dispositivo de ligando-CsPbBr3 de la técnica anterior (promedio de 50 lm W-1 y estabilidades de 85%) and stabilities under ambient storage, water, and thermal stress. This is corroborated in green pc-LEDs featuring a low efficiency roll-off, excellent operational stability of ca. 600 h, and high luminous efficiencies of 65 lm W−1 that stand out the prior art (e.g., average lifetime of 200 h at 50 lm W-1). The filters are further exploited to fabricate white-emitting pc-LEDs with efficiencies of ca. 73 lm W-1 and x/y CIE color coordinates of 0.33/0.32. In Chapter 5, a new family of biogenic capping agents, phosphatidyl-L-serine (Ptd-L-Ser), combining stronger multi-bonding motifs and a hydrophobic shell protection compared to traditional capping agents has led to superior CsPbBr3 MHP (CsPbBr3-Ptd-L-Ser) with significantly enhanced stability upon storage/heating/water, holding excellent photoluminescence quantum yields of ca. 90% over 3 months. Spectroscopic/theoretical studies reveal that the origin of this behavior is the increased exciton binding energy associated to the versatility of multiple bindings. This results in CsPbBr3-Ptd-L-Ser-based pc-LEDs featuring higher luminous efficiencies of ca. 65 lm W-1 along with excellent stabilities of >700 h (20 mA) and >200 h (100 mA) that strongly contrasts with the performance of both, reference devices with pristine CsPbBr3 NCs (45 lm W-1; 120 h (20 mA) and 27 h (100 mA)) and the prior-art ligand-CsPbBr3 device (average 50 lm W-1 and stabilities of