Une équipe de scientifiques dirigée par Rutgers a développé un matériau écologique, très stable et ultra-lumineux, qu’il a utilisé pour générer une lumière bleu profond (émission à ~450 nm) dans une diode électrolumineuse (LED), un dispositif économe en énergie au cœur de tous les grands systèmes d’éclairage.

Les nouveaux matériaux hybrides émetteur cuivre-iodure devraient contribuer à l’avancement des technologies LED bleues grâce à leurs excellentes qualités, selon les scientifiques qui ont été les pionniers de cette découverte. Le processus qui produit ce matériau est décrit dans la revue scientifique Nature.

« Les LED bleu foncé sont au cœur des technologies d’éclairage économes en énergie d’aujourd’hui », a déclaré Jing Li, professeur distingué et professeur du conseil des gouverneurs de chimie et biologie chimique au département de chimie et biologie chimique de la School of Arts and Sciences, qui dirige l’étude. « Cependant, les options existantes posent souvent des problèmes de stabilité, de scalabilité, de coût, d’efficacité ou de préoccupations environnementales dues à l’utilisation de composants toxiques. Ce nouvel hybride cuivre-iodure offre une solution convaincante, tirant parti de sa non-toxicité, de sa robustesse et de ses hautes performances. »

Les LED sont des dispositifs d’éclairage utilisant des matériaux spéciaux appelés semi-conducteurs pour transformer l’électricité en lumière de manière efficace et durable. Les LED bleues ont été découvertes au début des années 1990 et ont valu à leurs découvreurs le prix Nobel de physique en 2014.

Les LED bleues sont particulièrement importantes car elles servent à créer de la lumière blanche et sont essentielles pour des applications d’éclairage générales.

Li et ses collègues de Rutgers ont collaboré avec des scientifiques du Brookhaven National Laboratory et quatre autres équipes de recherche représentant des institutions nationales et internationales dans le but de travailler sur de nouveaux matériaux susceptibles d’améliorer les LED bleues existantes.

Les chercheurs impliqués dans l’étude ont trouvé un moyen de rendre les LED bleues plus efficaces et durables en utilisant un nouveau type de matériau hybride : une combinaison d’iodure de cuivre avec des molécules organiques.

« Nous voulions créer de nouveaux types de matériaux qui offrent une lumière bleu profond très vive et les utiliser pour fabriquer des LED à moindre coût que les LED bleues actuelles », a déclaré Li.

Le nouveau semi-conducteur hybride cuivre-iodure offre plusieurs avantages par rapport à certains autres matériaux utilisés dans les LED, ont indiqué les scientifiques. Les pérovskites au plomb-halogénure, bien qu’économiques, contiennent du plomb, qui est toxique pour l’humain, et posent aussi des problèmes de stabilité en raison de leur sensibilité à l’humidité et à l’oxygène. Les LED organiques (OLED) sont flexibles et potentiellement efficaces mais peuvent manquer de stabilité structurelle et spectrale, ce qui signifie qu’elles peuvent se dégrader rapidement et perdre leur qualité de couleur avec le temps. Les points quantiques colloïdaux fonctionnent bien principalement dans les LED vertes et à faible énergie et sont souvent à base de cadmium, ce qui peut soulever des risques de toxicité. Les émetteurs organiques phosphorescents peuvent être coûteux et complexes à synthétiser.

« Le nouveau matériau offre une alternative écologique et stable à ce qui existe actuellement, répondant à certains de ces problèmes et pourrait potentiellement faire progresser la technologie LED », a déclaré Li.

Le matériau hybride cuivre-iodure possède des qualités favorables telles qu’un rendement quantique photoluminescence très élevé d’environ 99,6 %, ce qui signifie qu’il convertit presque toute la photoénergie qu’il reçoit en lumière bleue. Les LED bleues fabriquées à partir de ce matériau ont atteint un rendement quantique externe maximal (le rapport entre le nombre de photons émis et le nombre d’électrons injectés) de 12,6 %, parmi les plus élevés jusqu’à présent pour les LED bleu profond traitées en solution.

Non seulement ces LED sont vives, mais elles durent aussi plus longtemps que beaucoup d’autres. Dans des conditions normales, ils ont une demi-vie opérationnelle d’environ 204 heures, ce qui signifie qu’ils peuvent briller pendant un bon moment avant que leur luminosité ne commence à diminuer. De plus, le matériau fonctionne bien dans des applications à plus grande échelle. Les chercheurs ont réussi à créer un dispositif plus grand qui maintient une grande efficacité, montrant que ce matériau a le potentiel d’être utilisé dans des applications réelles.

Le secret des performances impressionnantes de ce matériau réside dans une technique innovante développée par les scientifiques appelée passivation par double liaison interfaciale à l’hydrogène. Cette technique de fabrication multiplie considérablement les performances des LED.

« Notre méthode de traitement minimise les défauts pouvant entraver le mouvement des charges électriques à l’interface de ces matériaux hybrides », a déclaré Kun Zhu, ancien doctorant et postdoctorant à Rutgers, aujourd’hui à l’Institut Max Planck en Allemagne et premier auteur de l’article. « Cette approche pourrait être une stratégie polyvalente pour générer des LED haute performance. »

Si l’on peut imaginer la LED comme un sandwich avec différentes couches, chaque couche a une fonction spécifique, comme émettre de la lumière ou transporter des électrons et des trous. Parfois, la couche émissive n’interagit pas parfaitement avec ses couches d’interface, ce qui peut réduire l’efficacité ou raccourcir la durée de vie. La technique élimine ces problèmes en formant des liaisons hydrogène entre les couches pour créer de meilleures connexions.

« Dans l’ensemble, ce nouveau matériau ouvre la voie à des LED meilleures, plus brillantes et durables », a déclaré Li.

Parmi les autres scientifiques de Rutgers ayant contribué à l’étude figuraient Deirdre O’Carroll, professeure associée, et Nasir Javed, doctorant, au département de chimie et biologie chimique et au département de science et ingénierie des matériaux ; et Sylvie Rangan, professeure de recherche adjointe, et Leila Kasaei, chercheuse postdoctorale au département de physique et d’astronomie.

La recherche a été financée par le Département américain de l’Énergie.

Lien curieux : https ://www.ledinside.com/news/2025/7/2025_07_21_01