Forbedring af effektiviteten, lysstyrke af perovskite LED'er

Fremskridt inden for organiske fosforescerende materialer åbner nye muligheder for organiske lysemitterende dioder til kombinerede elektronik- og lysapplikationer, herunder solceller, fotodioder, optiske fibre og lasere.

Mens lavdimensionelle selvlysende materialer, ligesom calcium titaniumoxid mineralet perovskit, har lovende optiske egenskaber, deres ydeevne forbliver utilstrækkelig sammenlignet med konventionelle organiske LED'er. En nylig undersøgelse, offentliggjort i denne uge Anvendt fysik anmeldelser , udforsker en ny tilgang ved hjælp af en exciton indeslutningseffekt til at optimere højeffektive perovskite LED'er.

For at opnå en effektiv elektroluminescerende enhed, det skal have et høj fotoluminescens kvanteudbytte emissionslag, effektive elektronhul-injektion og transportlag, og høj lysudkoblingseffektivitet. Med hvert nyt fremskridt i emissionslagsmateriale, nye funktionelle materialer er nødvendige for at realisere en mere effektiv LED. For at nå dette mål, forfatterne af undersøgelsen undersøgte ydeevnen af ​​et amorft zink-silica-oxid-system lagdelt med perovskitkrystaller for at forbedre diodens ydeevne.

"Vi tror, ​​at mange mennesker [er] for fokuserede på et emissionslag, " sagde Hideo Hosono, tilsvarende forfatter på undersøgelsen. "For en enhed, alle lag er lige vigtige, da hvert lag har en anden [men] afgørende rolle."

Det amorfe zink-siliciumoxid har en lav afstembar elektronaffinitet, i stand til at begrænse excitoner, men også høj elektronmobilitet til at transportere elektroner. Ved at lægge perovskitkrystallen og det amorfe zinksiliciumoxid, holdet udviklede en måde at begrænse excitoner og injicere elektronerne i 3-D perovskitlagene effektivt. Energiniveaujusteringen mellem lagene viste sig at være et ideelt materiale til dette formål.

For at validere deres resultater, holdet testede deres kreation ved at producere blå, røde og grønne perovskite LED'er, kaldet PeLED'er. Den grønne diode fungerede ved den laveste spænding (2,9 volt ved 10, 000 candela per kvadratmeter) og var den mest effektive (33 lumen/watt) og lyseste (500, 000 candela per kvadratmeter). Mens holdet producerede den maksimale luminans for røde dioder til dato, belysningen forblev for svag til praktisk brug.

Mens disse resultater viser løftet om at manipulere elektrontransportlagets materiale, der er stadig udfordringer, herunder stabiliteten af ​​perovskitmaterialer og toksiciteten af ​​bly i mineralkrystalmatrixen. På trods af disse begrænsninger, resultaterne giver nye muligheder for at anvende denne tilgang til at realisere praktiske anvendelser for perovskit-LED'er i optoelektroniske enheder.

"For praktiske PeLED'er, nye halogenidemitterende materialer med kemisk stabilitet og blyfrie elementer er stærkt nødvendige, " sagde Junghwan Kim, tilsvarende forfatter på undersøgelsen. "Hvis dette problem er løst, PeLED'erne vil blive kommercialiseret til praktisk elektronik i fremtiden."