Germanium-bly perovskit-lysdioder:En ny måde at reducere toksicitet på

Metalhalogenidperovskitter er en ny klasse af halvledermaterialer til LED-display og høstning af solenergi. Imidlertid, de bedst effektive enheder er ofte fremstillet af bly (Pb) -baserede perovskitter, hvis toksicitet kan forårsage potentielle miljøhensyn. For at løse giftighedsproblemet, en effektiv metode har været brugen af ​​tin (Sn) som en delvis eller fuld udskiftning af bly i perovskitmaterialerne. Denne strategi har været særligt vellykket for perovskite solceller. Imidlertid, tinbaserede (inklusive tin-bly) perovskit-materialer er generelt meget dårlige lysemittere, forårsager utilfredsstillende ydelse af tinbaserede perovskite lysemitterende enheder (LED'er).

En grund til dette er, at en høj densitet af elektroniske defekter kan dannes under forberedelsesprocessen af ​​tinbaserede perovskitter, som tin (Sn ²⁺ ) kan oxidere, og krystalliseringsprocessen er ikke godt kontrolleret. Tinbaserede perovskit-lysdioder med ekstern kvanteeffektivitet på 5% blev rapporteret i 2020. Men disse effektiviteter var kun mulige ved lav lysstyrke (38 cd/m ² ), langt under kravet til displayapplikationer (500-1000 cd/m ² ).

For nylig, et forskerhold ledet af prof. Di Dawei fra Zhejiang University College of Optical Science and Engineering opdagede, at ved hjælp af germanium (Ge), et miljøvenligt gruppe-IV-element, delvis udskiftning af bly i perovskitten, det er muligt at skabe stærkt selvlysende perovskitmaterialer og -enheder. Et beslægtet papir med titlen "Germanium-lead perovskite light-emitting diodes" blev offentliggjort af teamet den 13. juli i tidsskriftet Naturkommunikation .

"På vores rejse mod perovskit-lysdioder med lav toksicitet, vi har ledt efter alternative miljøvenlige metaller til at erstatte bly, "sagde Di." det var en behagelig overraskelse, at germanium, elementet mellem silicium og tin (på det periodiske system) kunne fungere så godt som en udskiftning af bly til LED -applikationer. "

Dr. Yang Dexin, en postdoktor i Di's gruppe og den første forfatter til papiret, sagde "vi plejede at studere effekten af ​​germaniumioner (Ge ²⁺ ) i germanium telluridlegeringer, og fandt ud af, at germaniumioner kan tilbyde nogle fordele med hensyn til passivering af fejl. "

De tyndfilm med periferisk periferisk germanium-bly viste en høj fotoluminescens-kvanteeffektivitet (PLQE) på op til 71%. Dette var en relativ forbedring på ca. 34% i forhold til tilsvarende fremstillede Pb-baserede perovskitfilm. Den høje luminescens-effektivitet kom fra de forbedrede strålingsprocesser og reducerede defektdensiteter i germanium-blyperovskitterne.

Ved hjælp af disse materialer, Di og kolleger demonstrerede germanium-bly perovskit-lysdioder for første gang. "I vores første demonstration, vi opnåede ekstern kvanteeffektivitet på op til 13,1% ved høj lysstyrke (~ 1900 cd/m ² ) med en maksimal lysstyrke på over 10000 cd/m ² . Dette var en effektivitetsrekord for perovskit-lysdioder med reduceret toksicitet, "sagde Yang.

"Selvom yderligere arbejde bestemt er nødvendigt for at forbedre enhedens ydeevne og stabilitet, vores resultater tyder på en lovende vej mod miljøvenlige lysemitterende teknologier baseret på perovskite halvledere, "sagde Di.