Blåt lys betyder store fremskridt for perovskit-baserede LED'er

Forskere ved Linköpings Universitet, Sverige, har udviklet effektive blå lysemitterende dioder baseret på halogenidperovskitter. "Vi er meget begejstrede for dette gennembrud, " siger Feng Gao, professor ved Linköpings Universitet. De nye lysdioder kan åbne vejen for billig og energieffektiv belysning.

Belysning er ansvarlig for cirka 20 % af det globale elforbrug, et tal, der kunne reduceres til 5 %, hvis alle lyskilder bestod af lysdioder (LED'er). De blå-hvide LED'er, der i øjeblikket er i brug, imidlertid, har brug for komplicerede fremstillingsmetoder og er dyre, hvilket gør det sværere at opnå en global omstilling.

LED'er fremstillet af halogenidperovskiter kunne være et billigere og mere miljøvenligt alternativ til både belysning og LED-baserede skærme. Perovskites er en familie af halvledende materialer defineret af deres kubiske krystalstruktur. De har gode lysemitterende egenskaber og er nemme at fremstille. Ved at bruge elementer fra halogengruppen, dvs. fluor, klor, brom og jod, perovskitter kan få egenskaber, der afhænger af krystallens kemiske sammensætning.

LED'er til grønt og rødt lys er allerede blevet skabt med perovskites, men en farve, blå, har hidtil manglet, gør det umuligt at opnå hvidt lys.

"Blå lys er nøglen til at bringe lys-emitterende perovskiter til praktiske anvendelser. Vores seneste gennembrud er et skridt på vejen, " siger Feng Gao, professor ved Institut for Fysik, Kemi og biologi ved Linköpings Universitet.

Feng Gaos forskningsgruppe, i samarbejde med kolleger i Lund, Storbritanien, Tyskland, Kina og Danmark, har formået at skabe halogenidperovskitter, der giver stabil emission i bølgelængdeområdet 451-490 nanometer – svarende til dybblå til himmelblå farver. Max Karlsson er ph.d.-studerende ved Linköpings Universitet og medførsteforfatter til artiklen, der nu er offentliggjort i Naturkommunikation . Han siger:

"Metalhalogenid-perovskitter kan nemt farvejusteres over hele det synlige spektrum ved simpel legering. Desværre, og en blå LED bliver grøn under drift. Vi har fundet en metode, der kan forhindre dette farveskift ved at kontrollere filmkrystallisationsdynamikken, når man skaber perovskitten. Disse resultater baner vejen for stabile perovskit-legeringer, ikke kun til LED'er, men også til solceller."

Udfordringen ved at skabe blåt lys i perovskitter er, at det kræver en kemisk sammensætning med en stor fraktion af klorid, hvilket gør perovskitten ustabil. Blå perovskit-baserede lysdioder er tidligere blevet skabt ved at bruge det, der er kendt som "kvanteindeslutningsteknikken, " som giver lav-intensitets LED'er med dårlig effektivitet. stabile perovskitter med den ønskede mængde chlorid kan skabes ved hjælp af "damp-assisteret krystallisationsteknik." Desuden, Linköpings universitets forskere har opnået en energieffektivitet på op til 11 % for de blå perovskit-baserede lysdioder.

"Vi har vist, at blå lysemitterende dioder baseret på halogenidperovskitter kan være både effektive og stabile over et bredt spektrum, uden brug af kvanteindeslutning. Vi har formået at skabe en af ​​de mest effektive blå perovskit-baserede LED'er hidtil kendt, " siger Weidong Xu, postdoc ved Linköpings Universitet.

Videnskaben om perovskiter er et relativt nyt forskningsfelt, der har vakt stor international interesse, da det giver et stort potentiale for at udvikle billige og effektive materialer. Feng Gao, imidlertid, er hurtige til at påpege, at det arbejde, de har udført, er grundforskning, og ansøgninger er stadig et stykke væk i fremtiden.

"Perovskite LED'er er en ung teknologi og har et stykke vej at gå, før de ser dagens lys. Pt. den korte levetid og dårlige ydeevne af blå lysdioder er de største hindringer for perovskit-lysemitterende dioder, før de kan begynde at konkurrere med eksisterende teknologier såsom lysdioder baseret på organiske og uorganiske halvledere. Vi vil fortsætte med at arbejde på det for at gøre PeLED'er sammenlignelige med de andre teknologier, " siger Feng Gao.