Mellemlag hjælper perovskitkrystallisering til højtydende lysemitterende dioder

Forskere ved LiU, der arbejder med kolleger fra Kina, har vist, hvordan man opnår effektive perovskite lysemitterende dioder (LED'er). I en artikel offentliggjort i Naturkommunikation , de giver retningslinjer for fremstilling af perovskit lysemittere af høj kvalitet, og derfor højeffektive perovskit-lysdioder.

Halogenidperovskitterne, som er defineret af deres krystalstrukturer, kan let fremstilles ved lavprisopløsningsbehandling fra forstadieopløsning omfattende metalhalogenider og organiske halogenider. De resulterende perovskitter besidder fremragende optiske og elektriske egenskaber, gør dem til lovende kandidater til forskellige former for optoelektroniske enheder, såsom solceller, Lysdioder og fotodetektorer.

Da opløsningsbehandlede perovskitter indeholder store mængder defekter, som for det meste er ledige stillinger, effektiv kontrol af perovskit-krystalliniteten er påkrævet for optoelektroniske enheder med høj ydeevne. Forskningsgruppen på LiU, under ledelse af lektor Feng Gao, i samarbejde med forskere fra Nanjing Tech University, og Soochow University i Kina, har nu undersøgt, hvordan forstadiekomponenterne og grænsefladerne påvirker perovskites krystallisationsproces.

"Vi og flere andre grupper fandt ud af, at simpelthen at indføre en ekstra mængde organiske halogenider i forløberen kan hjælpe med at passivere fejlene og opnå meget emitterende perovskitfilm," siger Zhongcheng Yuan, Ph.d. studerende på Institut for Fysik, Kemi og biologi (IFM) på LiU, hvem er artiklens første forfatter. De overskydende organiske halogenider, imidlertid, hæmme perovskitkrystallisationen, hvilket resulterer i lav-ledningsevne perovskit-emitterende lag og dårlige lysdioder.

Forskerne har nu løst dette dilemma ved at støtte perovskitkrystallisationen med et metaloxid, ZnO, hvilket hjælper med at fjerne et passende antal af de ekstra organiske kationer, gør det muligt for bedre krystallisation. Artiklen i Nature Communications viser, hvordan kemiske reaktioner mellem forskellige metaloxidlag og perovskitlag påvirker egenskaberne af de tynde film af perovskitter, og dermed LED'ernes ydeevne.

"Vi opnår den præcise kontrol ved at drage fordel af zinkoxidets grundlæggende natur, som selektivt kan fjerne de uønskede organiske kationer, mens de ønskede halogenanioner efterlades, "siger Sai Bai, stipendiat ved Institut for Fysik, Kemi og biologi (IFM) på LiU. Han og Feng Gao er hovedforfatterne af artiklen.

Denne nye opdagelse, i kombination med tidligere resultater fra samme gruppe om håndtering af fejl i perovskitter, har givet dem mulighed for at fremstille effektive perovskite lysemitterende film i laboratoriet. De resulterende enheder giver nær-infrarøde lysdioder med en kvanteeffektivitet på 19,6%, dvs. 19,6% af de elektroner, der leveres til enheden, udsendes som lys (fotoner), som er blandt de bedste præstationer for perovskit -lysdioder i verden.

"Perovskite -lysdioder er et lovende område. Der er blevet set hurtige gennembrud i løbet af de sidste 5 år, men dette felt er stadig nyt, og der skal meget mere arbejde til, før de kan fremstilles kommercielt i stor skala. Et kritisk aspekt, der skal forbedres, er enhedens stabilitet, "siger Feng Gao.