ไดโอดเปล่งแสงเพอร์รอฟสไกต์ (PeLEDs) ด้วยข้อดีที่สำคัญ เช่น ต้นทุนวัสดุต่ำ ความสว่างสูง และสีการเปล่งแสงที่ปรับได้ จึงกลายเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจอย่างยิ่งสำหรับเทคโนโลยีจอแสดงผลและแสงสว่างยุคใหม่ นับตั้งแต่การพัฒนาในช่วงแรก PeLEDs ได้ประสบความสำเร็จอย่างน่าทึ่งในด้านประสิทธิภาพ ความก้าวหน้านี้ไม่ได้มาจากนวัตกรรมในวัสดุชั้นเปล่งแสงเพียงอย่างเดียว แต่ที่สำคัญกว่านั้นคือผลกระทบจากการทำงานร่วมกันของการปรับโครงสร้างอุปกรณ์โดยรวมให้เหมาะสม การเพิ่มประสิทธิภาพการฉีดและการรวมตัวของพาหะ และความก้าวหน้าในด้านวิศวกรรมส่วนต่อประสาน ความก้าวหน้าในด้านวิศวกรรมส่วนต่อประสานได้ช่วยลดการสูญเสียพลังงานและลดข้อบกพร่องได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในบริบทนี้ ชั้นการขนส่งประจุบวก (HTL) ที่อยู่ระหว่างชั้นเปล่งแสงและขั้วบวกมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง มันเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพการฉีดประจุบวก การสูญเสียการรวมตัวแบบไม่แผ่รังสีที่ส่วนต่อประสาน และความเสถียรในการทำงานโดยรวมของอุปกรณ์โดยตรง ดังนั้น การวิจัยเชิงลึกและการเพิ่มประสิทธิภาพของ HTL จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการปรับปรุงประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของ PeLED ให้ดียิ่งขึ้น ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญในการเร่งการเปลี่ยนผ่านเทคโนโลยีนี้จากงานวิจัยในห้องปฏิบัติการไปสู่การใช้งานจริงในด้านจอแสดงผล แสงสว่าง และการถ่ายภาพทางชีวภาพ
ในโครงสร้างพินของ PeLED สีน้ำเงิน โพลี(3,4-เอทิลีนไดออกซีไทโอฟีน):โพลีสไตรีนซัลโฟเนต (PEDOT:PSS) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะวัสดุขนส่งประจุบวก เนื่องจากมีความคล่องตัวของประจุบวกสูง ความโปร่งใสทางแสงที่ดี และสามารถขึ้นรูปได้ด้วยกระบวนการแบบสารละลาย อย่างไรก็ตาม PEDOT:PSS มีข้อจำกัดที่สำคัญใน PeLED สีน้ำเงิน ได้แก่ ระดับพลังงานที่ไม่ตรงกันกับชั้นแอคทีฟเพอร์รอฟสไกต์ ทำให้เกิดอุปสรรคในการฉีดประจุบวกสูงและการรวมตัวกันใหม่แบบไม่แผ่รังสีอย่างรุนแรง ความสามารถในการดูดความชื้นโดยธรรมชาติทำให้เกิดความชื้นจากสิ่งแวดล้อม ซึ่งเร่งการเสื่อมสภาพและการแยกเฟสของวัสดุเพอร์รอฟสไกต์ และในขณะเดียวกัน การนำไฟฟ้าของมันก็ไวต่อสภาวะการประมวลผลและปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม ส่งผลให้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ไม่เสถียรและประสิทธิภาพเปลี่ยนแปลงอย่างมาก
เพื่อแก้ไขปัญหาคอขวดเหล่านี้ การนำชั้นพอลิเมอร์มาคั่นระหว่างชั้น HTL และส่วนต่อประสานของเพอร์รอฟสไกต์เพื่อสร้างชั้นเชื่อมต่อที่มีประสิทธิภาพ ได้กลายเป็นวิธีการแก้ปัญหาที่เป็นระบบที่มีประสิทธิภาพ โครงสร้างชั้นคั่นนี้ช่วยให้สามารถปรับช่องว่างพลังงานได้อย่างแม่นยำเพื่อให้เกิดการฉีดประจุบวกอย่างมีประสิทธิภาพ ใช้การปรับสมดุลส่วนต่อประสานในระดับโมเลกุลเพื่อยับยั้งการรวมตัวใหม่แบบไม่แผ่รังสี และสร้างกำแพงที่ไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อลดปฏิกิริยาที่ทำลายล้าง ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าและอายุการใช้งานของอุปกรณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในบรรดาตัวเลือกต่างๆ โพลี(N-ไวนิลคาร์บาโซล) (PVK) มักมีประสิทธิภาพเหนือกว่าวัสดุขนส่งประจุบวกพอลิเมอร์อื่นๆ เนื่องจากความสามารถในการขึ้นรูปฟิล์มที่ยอดเยี่ยม ซึ่งทำให้มีคุณภาพและความเสถียรของส่วนต่อประสานที่เหนือกว่า อย่างไรก็ตาม ความคล่องตัวของพาหะที่ต่ำโดยธรรมชาติของ PVK ยังคงเป็นปัญหาคอขวดที่สำคัญ แม้จะมีความพยายามในการปรับปรุงความสามารถในการขนส่งประจุผ่านการเจือปนหรือการปรับแต่งด้วยสารเติมแต่ง การเอาชนะข้อจำกัดที่เกิดจากโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของโครงสร้างหลักของพอลิเมอร์ยังคงเป็นเรื่องท้าทาย ดังนั้น ในขณะที่ยังคงรักษาข้อดีของการปรับเปลี่ยนส่วนต่อประสานที่มีอยู่ของ PVK ไว้ จึงมีความจำเป็นเร่งด่วนที่จะต้องพัฒนาโครงสร้างพอลิเมอร์ใหม่ที่มีความคล่องตัวสูงผ่านการออกแบบโมเลกุลที่เป็นนวัตกรรมใหม่
งานวิจัยก่อนหน้านี้ได้รายงานเกี่ยวกับพอลิเมอร์ HTM ที่ไม่เจือปน ซึ่งเป็น “พอลิเมอร์ที่ใช้โพลีไวนิลคาร์บาโซลเป็นพื้นฐาน” โดยสร้างขึ้นจากการรวมโครงสร้างหลักของพอลิเอทิลีนที่ไม่เชื่อมต่อกันเข้ากับโซ่ข้างแบบ “A-type” ที่ใช้คาร์บาโซลเป็นพื้นฐาน เมื่อใช้เป็นชั้นเชื่อมระหว่าง PEDOT:PSS และเพอร์รอฟสไกต์ โครงสร้างนี้สามารถปรับระดับพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งเสริมการขนส่งประจุบวกและการจัดเรียงตัวให้สอดคล้องกับชั้นเพอร์รอฟสไกต์ และยับยั้งการรวมตัวใหม่แบบไม่แผ่รังสี หลอดไฟ LED สีฟ้า (ความยาวคลื่นการปล่อยแสง 488 นาโนเมตร) ที่ใช้โครงสร้างนี้แสดงให้เห็นแรงดันไฟฟ้าในการทำงาน 3 โวลต์ และประสิทธิภาพควอนตัมภายนอกสูงสุด 3.26% ซึ่งดีขึ้น 1.27 เท่าเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ที่ไม่มีชั้นเชื่อม การเพิ่มประสิทธิภาพเหล่านี้ยืนยันอย่างชัดเจนถึงความเหนือกว่าของกลยุทธ์ที่รวมโครงสร้างหลักที่ไม่เชื่อมต่อกันเข้ากับอะโรมาติกแบบนาโนเมช A-type จากการศึกษาเชิงทฤษฎีพบว่า การนำหมู่ดึงอิเล็กตรอนที่แข็งแกร่ง (เช่น ไซยาโน, -CN) เข้าสู่โครงสร้างโมเลกุลหลักของ PVK สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการสกัดประจุที่ส่วนต่อประสานโดยการเพิ่มโมเมนต์ไดโพลของโมเลกุล และปรับปรุงเสถียรภาพของฟิล์มผ่านปฏิกิริยาไดโพล-ไดโพลระหว่างโมเลกุล
ดังนั้น เพื่อสำรวจศักยภาพของกลยุทธ์การสร้างโครงข่ายโมเลกุลอย่างละเอียดและปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์ให้ดียิ่งขึ้น Xie Linghai และคณะจากมหาวิทยาลัยไปรษณีย์และโทรคมนาคมหนานจิง จึงได้นำกลุ่มไซยาโนมาใช้ในการสร้างโครงสร้างตัวให้และตัวรับ โดยยังคงกลยุทธ์หลักนี้ไว้ และออกแบบและสังเคราะห์พอลิเมอร์อะโรมาติกนาโนเมชชนิด A ที่มีฟังก์ชันไซยาโน คือ P-CzCN การวิเคราะห์เชิงทดลองแสดงให้เห็นว่า P-CzCN มีค่าการเคลื่อนที่ของประจุบวกที่ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและมีความสามารถในการยับยั้งข้อบกพร่องที่ดีเยี่ยม การผสมผสานการคำนวณทางทฤษฎีและการวิเคราะห์หลายระดับ งานวิจัยนี้ได้อธิบายกลไกการควบคุมแบบเสริมฤทธิ์กันของการดัดแปลงไซยาโนที่มีต่อพฤติกรรมการเรียงตัวของโมเลกุล เส้นทางการขนส่งของตัวพา และการจัดเรียงระดับพลังงานที่ส่วนต่อประสานอย่างเป็นระบบ หลอดไฟ LED สีน้ำเงินที่มีชั้นเชื่อมต่อ P-CzCN ให้ความสว่างสูงสุด 4040 cd m⁻² และประสิทธิภาพควอนตัมภายนอก 5.39% ที่ 488 nm ภายใต้แรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน สเปกตรัมการเปล่งแสงด้วยไฟฟ้าจะคงอยู่ที่ 488 นาโนเมตรอย่างสม่ำเสมอ แสดงให้เห็นถึงความเสถียรของสเปกตรัมที่ดีเยี่ยม P-CzCN เป็นตัวอย่างที่สำคัญสำหรับการปรับปรุงคุณสมบัติของ HTM แบบตาราง และมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี PeLED สีน้ำเงินในทางปฏิบัติ
