Rekordeffektivitet for perovskitbaserede lysemitterende dioder

Effektive nær-infrarøde (NIR) lysemitterende dioder af perovskit er blevet produceret i et laboratorium ved Linköpings universitet. Den eksterne kvanteeffektivitet er 21,6 procent, hvilket er en rekord. Resultaterne er blevet offentliggjort i Natur fotonik .

Værket ledes af LiU -videnskabsmand Feng Gao, i tæt samarbejde med kolleger i Kina, Italien, Singapore og Schweiz.

Perovskitter er en gruppe materialer defineret af deres krystalstruktur, og har været i fokus for intens forskningsinteresse i løbet af de sidste 10 år, i første omgang til solceller og for nylig også til lysemitterende dioder. De har gode lysemitterende egenskaber og er lette at fremstille. Den eksterne kvanteeffektivitet (forholdet mellem ladningsbærere, der udsendes som lys over alle dem, der føres ind i materialerne) af lysdioder baseret på perovskitter har indtil nu været begrænset af fejl, der opstår i materialet under fremstillingen. Defekterne fungerer som fælder for ladningsbærerne og forårsager dermed energitab.

En måde at håndtere fejl på er ved at tilføje materialer kendt som "passiveringsmolekyler, "som binder sig til de atomer, der forårsager defekter. Forskerne havde tidligere opdaget et molekyle med aminogrupper i enderne, der gav en vis forbedring i egenskaberne. Imidlertid, da de valgte et molekyle, der også indeholdt iltatomer, effekten steg dramatisk.

"Vi forstår nu, at det er hydrogenbindinger mellem passiveringsmolekyler og perovskitmaterialer, der forårsager problemer. Dette gav os mulighed for at søge efter et molekyle, der var perfekt til passivering, "siger Feng Gao, universitetslektor i afdelingen for biomolekylær og organisk elektronik ved Linköpings universitet.

Molekylet, de fandt, har to aminogrupper i enderne, med iltatomer i passende afstand mellem dem. Oxygenatomer reducerer aminogruppernes hydrogenbindingsevne, og dermed øge sandsynligheden for, at de interagerer med defekter. Antallet af fælder for ladningsbærere i perovskitten reduceres betydeligt, tillader ladningsbærerne at rekombinere og udsende lys effektivt.

"Dette særlige perovskitmateriale giver meget effektive lysemitterende dioder i det nær-infrarøde område. Nær-infrarøde lysemitterende dioder er særligt nyttige til medicinske og telekommunikationsapplikationer. Vi mener, at vores nye fund også kan anvendes på perovskit-lysemitterende dioder med andre farver, "siger Feng Gao.

Den eksterne kvanteeffektivitet er rekordhøj 21,6 procent.

"Vi har udviklet de bedste lysdioder i perovskitmateriale endnu. De kan også konkurrere med lysdioder baseret på, for eksempel, organiske materialer, "siger Wiedong Xu, postdoc i afdelingen for biomolekylær og organisk elektronik, LiU.