Les diodes électroluminescentes à pérovskite (PeLED), grâce à leurs avantages significatifs tels qu'un faible coût des matériaux, une luminosité élevée et des couleurs d'émission ajustables, sont devenues des candidates très prometteuses pour les technologies d'affichage et d'éclairage de nouvelle génération. Depuis leurs débuts, les PeLED ont connu des progrès remarquables en matière de performances. Ce bond en avant provient non seulement des innovations apportées au matériau de la couche émissive, mais surtout des effets synergiques de l'optimisation de la structure globale du dispositif, de l'amélioration de l'efficacité d'injection et de recombinaison des porteurs, et des avancées en ingénierie d'interface. Ces dernières ont permis de réduire efficacement les pertes d'énergie et de passiver les défauts. Dans ce contexte, la couche de transport de trous (HTL), située entre la couche émissive et l'anode, joue un rôle crucial. Elle détermine directement l'efficacité d'injection des trous, les pertes par recombinaison non radiative à l'interface et la stabilité opérationnelle globale du dispositif. Par conséquent, des recherches approfondies et l'optimisation de la couche de transport de trous (HTL) sont essentielles pour améliorer encore l'efficacité et la durée de vie des PeLED, une étape clé pour accélérer la transition de cette technologie de la recherche en laboratoire aux applications pratiques dans les écrans, l'éclairage et la bio-imagerie.
Dans la structure à broches des PeLED bleues, le poly(3,4-éthylènedioxythiophène):polystyrène sulfonate est largement utilisé comme matériau de transport de trous en raison de sa mobilité élevée des trous, de sa bonne transparence optique et de sa facilité de mise en œuvre par voie liquide. Cependant, le PEDOT:PSS présente des limitations importantes dans les PeLED bleues : son décalage énergétique avec la couche active de pérovskite induit une barrière d'injection de trous élevée et une recombinaison non radiative importante ; son hygroscopicité intrinsèque favorise l'introduction d'humidité ambiante, accélérant la dégradation et la séparation de phases du matériau pérovskite ; par ailleurs, sa conductivité est sensible aux conditions de fabrication et aux facteurs environnementaux, ce qui entraîne une instabilité des performances du dispositif et des variations importantes de son rendement.
Pour pallier ces limitations, l'introduction d'une couche intermédiaire polymère entre la couche de transport de trous (HTL) et l'interface pérovskite, afin de créer une couche de pontage fonctionnelle, s'est avérée une solution systématique efficace. Cette structure intermédiaire permet une modulation précise de la bande interdite pour une injection de trous efficace, exploite la passivation d'interface à l'échelle moléculaire pour supprimer la recombinaison non radiative et établit une barrière chimiquement inerte pour atténuer les réactions destructives, améliorant ainsi de manière synergique l'efficacité de conversion photoélectrique et la durée de vie du dispositif. Parmi les différentes options, le poly(N-vinylcarbazole) (PVK) surpasse souvent les autres matériaux polymères de transport de trous grâce à son excellente aptitude à former des films, lui conférant une qualité et une stabilité d'interface supérieures. Néanmoins, la faible mobilité intrinsèque des porteurs de charge du PVK demeure un obstacle majeur. Malgré les tentatives d'amélioration des capacités de transport de charge par dopage ou ingénierie d'additifs, surmonter les limitations imposées par la structure électronique du squelette polymère reste un défi. Par conséquent, tout en conservant les avantages existants du PVK en matière de modulation d'interface, il est urgent de développer de nouvelles structures polymères à haute mobilité grâce à une conception moléculaire innovante.
Des travaux antérieurs ont décrit un polymère HTM non dopé, un polymère à base de polyvinylcarbazole, constitué d'un squelette de polyéthylène non conjugué et de chaînes latérales de type A à base de carbazole. Utilisée comme couche de pontage entre le PEDOT:PSS et la pérovskite, cette structure module efficacement les niveaux d'énergie, favorise le transport des trous et leur alignement avec la couche de pérovskite, et supprime la recombinaison non radiative. Les PeLED bleu ciel (longueur d'onde d'émission de 488 nm) basées sur cette structure présentent une tension de fonctionnement de 3 V et un rendement quantique externe maximal de 3,26 %, soit une amélioration de 1,27 fois par rapport aux dispositifs sans couche de pontage. Ces performances accrues confirment la supériorité de la stratégie combinant le squelette non conjugué et les nanostructures aromatiques de type A. Des études théoriques ont montré que l'introduction de groupes fortement électro-attracteurs (tels que cyano, -CN) dans le squelette moléculaire du PVK peut optimiser l'efficacité d'extraction de charge interfaciale en augmentant le moment dipolaire moléculaire et améliorer la stabilité du film grâce à des interactions dipôle-dipôle intermoléculaires.
Afin d'explorer davantage le potentiel de la stratégie de maillage moléculaire et d'améliorer les performances des dispositifs, Xie Linghai et al. de l'Université des postes et télécommunications de Nanjing ont, tout en conservant cette stratégie de base, introduit des groupements cyano pour construire une structure donneur-accepteur. Ils ont ainsi conçu et synthétisé un polymère aromatique nanomesh de type A fonctionnalisé par des groupements cyano, le P-CzCN. La caractérisation expérimentale montre que le P-CzCN présente une mobilité des trous nettement améliorée et une excellente capacité de passivation des défauts. Combinant calculs théoriques et caractérisation multi-échelle, ce travail élucide systématiquement le mécanisme de régulation synergique de la modification par les groupements cyano sur le comportement d'empilement moléculaire, les voies de transport des porteurs et l'alignement des niveaux d'énergie interfacials. Les diodes électroluminescentes à pérovskite bleues (PeLED) avec des couches de pontage en P-CzCN ont atteint une luminance maximale de 4040 cd m⁻² et un rendement quantique externe de 5,39 % à 488 nm. Sous différentes tensions, le spectre d'électroluminescence se centre systématiquement à 488 nm, témoignant d'une excellente stabilité spectrale. Le P-CzCN constitue un exemple important de fonctionnalisation des HTM à base de grille et revêt une grande importance pour le développement des applications pratiques de la technologie PeLED bleue.
