Ny effektivitetsrekord sat for perovskite LED'er

Forskere har sat en ny effektivitetsrekord for LED'er baseret på perovskit-halvledere, konkurrerer med de bedste organiske LED'er (OLED'er).

Sammenlignet med OLED'er, som er meget udbredt i avanceret forbrugerelektronik, de perovskit-baserede lysdioder, udviklet af forskere ved University of Cambridge, kan laves til meget lavere omkostninger, og kan indstilles til at udsende lys hen over de synlige og nær-infrarøde spektre med høj farverenhed.

Forskerne har konstrueret perovskitlaget i LED'erne til at vise tæt på 100% intern luminescenseffektivitet, åbning af fremtidige applikationer i displayet, belysning og kommunikation, samt næste generations solceller.

Disse perovskitmaterialer er af samme type som dem, der er fundet til at lave højeffektive solceller, der en dag kan erstatte kommercielle siliciumsolceller. Mens perovskit-baserede lysdioder allerede er blevet udviklet, de har ikke været nær så effektive som konventionelle OLED'er til at omdanne elektricitet til lys.

Tidligere hybrid perovskite LED'er, først udviklet af professor Sir Richard Friends gruppe ved universitetets Cavendish Laboratory for fire år siden, var lovende, men tab fra perovskitlaget, forårsaget af små defekter i krystalstrukturen, begrænset deres lysemissionseffektivitet.

Nu, Cambridge-forskere fra samme gruppe og deres samarbejdspartnere har vist, at ved at danne et kompositlag af perovskitterne sammen med en polymer, det er muligt at opnå meget højere lysemissionseffektiviteter, tæt på den teoretiske effektivitetsgrænse for tyndfilm OLED'er. Deres resultater er rapporteret i tidsskriftet Naturfotonik .

"Denne perovskit-polymer struktur eliminerer effektivt ikke-emissionstab, første gang dette er blevet opnået i en perovskite-baseret enhed, " sagde Dr. Dawei Di fra Cambridges Cavendish Laboratory, en af ​​de tilsvarende forfattere af papiret. "Ved at blande de to, vi kan dybest set forhindre elektronerne og de positive ladninger i at rekombinere via defekterne i perovskitstrukturen."

Perovskit-polymerblandingen brugt i LED-enhederne, kendt som en bulk heterostruktur, er lavet af todimensionelle og tredimensionelle perovskitkomponenter og en isolerende polymer. Når en ultrahurtig laser lyser på strukturerne, par af elektriske ladninger, der bærer energi, bevæger sig fra 2-D-områderne til 3-D-områderne på en billiontedel af et sekund:meget hurtigere end tidligere lagdelte perovskitstrukturer, der blev brugt i LED'er. Separerede ladninger i 3D-regionerne rekombinerer derefter og udsender lys ekstremt effektivt.

"Da energimigreringen fra 2-D-regioner til 3-D-regioner sker så hurtigt, og ladningerne i 3D-områderne er isoleret fra defekterne af polymeren, disse mekanismer forhindrer defekterne i at blive involveret, derved forhindre energitab, " sagde Di.

"Den bedste eksterne kvanteeffektivitet for disse enheder er højere end 20% ved aktuelle tætheder, der er relevante for skærmapplikationer, sætter en ny rekord for perovskite LED'er, som er en lignende effektivitetsværdi som de bedste OLED'er på markedet i dag, " sagde Baodan Zhao, avisens første forfatter.

Mens perovskit-baserede LED'er begynder at konkurrere med OLED'er med hensyn til effektivitet, de har stadig brug for bedre stabilitet, hvis de skal anvendes i forbrugerelektronik. Da perovskit-baserede lysdioder først blev udviklet, de havde en levetid på blot et par sekunder. LED'erne udviklet i den nuværende forskning har en halveringstid tæt på 50 timer, hvilket er en kæmpe forbedring på kun fire år, men stadig ikke i nærheden af ​​den levetid, der kræves til kommercielle applikationer, hvilket vil kræve et omfattende industrielt udviklingsprogram. "Forstå nedbrydningsmekanismerne af LED'erne er en nøgle til fremtidige forbedringer, " sagde Di.