Các nhà khoa học đã đạt được hiệu suất chưa từng có ở đèn LED xanh lam sâu bằng cách sử dụng các tấm nano bromua xesi chì (CsPbBr3) dạng keo. Bước đột phá này giải quyết một thách thức lâu dài trong quang điện tử: tạo ra các đèn LED xanh lam sâu ổn định, hiệu quả và có màu sắc tinh khiết, đáp ứng tiêu chuẩn màu Rec.2020 nghiêm ngặt. Công trình sáng tạo này, được công bố vào năm 2025, mở ra một con đường mới để đáp ứng và vượt qua các yêu cầu kỹ thuật khắt khe của màn hình thế hệ tiếp theo.
Đèn LED xanh lam sâu từ lâu đã là mục tiêu đầy thách thức đối với các nhà nghiên cứu do sự phức tạp vốn có của chúng. Việc đạt được phát xạ hiệu quả trong vùng phổ này rất khó khăn do động học hạt tải điện kém và độ ổn định hạn chế của các vật liệu có khoảng trống năng lượng rộng. Các chất bán dẫn truyền thống thường gặp phải hiệu suất phát sáng thấp và độ ổn định màu kém khi mở rộng quy mô thương mại. Tuy nhiên, vật liệu perovskite CsPbBr3 đã nổi lên như một ứng cử viên đầy hứa hẹn nhờ các đặc tính quang học đặc biệt, bao gồm hiệu suất lượng tử quang phát quang cao và băng thông phát xạ hẹp.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các kỹ thuật tổng hợp tiên tiến để chế tạo các tấm nano CsPbBr3 dạng keo, các cấu trúc nano siêu mỏng đặc trưng bởi hiệu ứng hạn chế lượng tử mạnh mẽ. Các tấm nano này có năng lượng liên kết exciton tăng cường và môi trường chắn điện môi giảm, cho phép chúng khắc phục tình trạng suy giảm hiệu suất vốn là nhược điểm của màng perovskite khối. Phương pháp dạng keo cũng mang lại khả năng kiểm soát vượt trội về phân bố kích thước và chất lượng tinh thể.
Điểm khác biệt của công trình này không chỉ là việc tổng hợp các tấm nano chất lượng cao mà còn là việc tích hợp chúng vào các đèn LED chức năng thể hiện hiệu suất lượng tử ngoài (EQE) cao và các chỉ số độ sáng cạnh tranh hoặc vượt trội so với các diode phát sáng xanh hiện có. Các thiết bị cho thấy sự cân bằng đáng kể giữa các đặc tính điện và quang, với độ suy giảm hiệu suất tối thiểu ngay cả ở dòng điện cao, giúp tăng đáng kể độ ổn định hoạt động và hiệu quả phát sáng của đèn LED.
Một yếu tố quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất là chiến lược thụ động hóa bề mặt tỉ mỉ mà các nhà nghiên cứu đã áp dụng. Bằng cách tối ưu hóa hóa học phối tử và sử dụng các phân tử thụ động hóa sáng tạo, nhóm đã giảm thiểu các trạng thái bẫy và tăng cường thời gian sống của hạt tải điện, đóng góp trực tiếp vào hiệu suất quang phát quang vượt trội và độ ổn định tổng thể của thiết bị.
Các đèn LED mới được phát triển cũng đáp ứng độc đáo tiêu chuẩn màu Rec.2020, một thông số kỹ thuật gam màu toàn diện bắt buộc đối với TV siêu nét (UHDTV) và các công nghệ hiển thị mới nổi. Việc tuân thủ Rec.2020 đảm bảo độ tinh khiết và độ bão hòa màu vượt trội, cho phép màn hình hiển thị hình ảnh với độ chân thực và sống động đáng kinh ngạc. Việc đạt được phát xạ xanh lam sâu với độ trung thực như vậy là một nút thắt cổ chai lớn cho đến nay, và công trình này đưa các đèn LED dựa trên perovskite vào tâm điểm như những ứng cử viên nghiêm túc cho các giải pháp màn hình thương mại.
Ngoài màn hình, các ứng dụng cho công nghệ chiếu sáng cũng rất sâu sắc. Đèn LED xanh lam sâu là thành phần thiết yếu trong đèn LED trắng được chuyển đổi bằng phosphor, nơi chất lượng phổ của chúng ảnh hưởng đến chỉ số hiển thị màu và hiệu suất năng lượng. Mức tiêu thụ năng lượng thấp và tuổi thọ hoạt động dài của các đèn LED này hứa hẹn đóng góp đáng kể vào các giải pháp chiếu sáng xanh hơn, giảm dấu chân carbon của công nghệ chiếu sáng trên toàn thế giới.
Nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng việc tích hợp các phối tử sulfonate dẫn đến các đèn LED xanh lam sâu có độ sáng cao với Lmax là 2707 cd/m², EQE là 3,05% và đỉnh phát xạ ở 461 nm với FWHM là 15,4 nm. Hơn nữa, họ đã tăng cường thành công EQE của đèn LED xanh lam sâu lên tới 5,68% với Lmax là 1978 cd/m² ở đỉnh phát xạ 461 nm bằng cách thay đổi độ dài chuỗi của các phối tử sulfonate. Đáng chú ý, các thiết bị này đáp ứng tiêu chuẩn Rec.2020 và thể hiện một trong những đầu ra phát sáng sáng nhất được báo cáo cho đến nay đối với các đèn LED xanh lam sâu.
Nhìn về phía trước, cộng đồng nghiên cứu dự đoán việc tích hợp các đèn LED này với các chất nền linh hoạt và kiến trúc thiết bị phức tạp, thúc đẩy các màn hình linh hoạt, thiết bị đeo được và mạch quang tử tích hợp. Các đặc tính độc đáo của tấm nano perovskite dạng keo có thể tạo điều kiện thuận lợi cho các nguồn sáng thu nhỏ với các chỉ số hiệu suất chưa từng có.
Tóm lại, việc đạt được các đèn LED xanh lam sâu hiệu quả dựa trên tấm nano CsPbBr3 dạng keo đánh dấu một bước tiến mang tính biến đổi trong lĩnh vực phát xạ ánh sáng. Nó khắc phục các rào cản vật liệu và thiết bị đáng kể, đáp ứng tiêu chuẩn màu Rec.2020 khắt khe và vạch ra một con đường rõ ràng hướng tới khả năng thương mại hóa. Công trình này báo trước một kỷ nguyên mới của quang điện tử perovskite hiệu suất cao, sẵn sàng tác động đến màn hình và chiếu sáng với độ trung thực hình ảnh tuyệt đẹp và hiệu quả năng lượng.