LED'er lavet af vidundermateriale perovskite

(Phys.org) — Farverige LED'er lavet af et materiale kendt som perovskite kan føre til LED-skærme, som er både billigere og nemmere at fremstille i fremtiden.

En hybrid form for perovskit - den samme type materiale, som for nylig har vist sig at lave højeffektive solceller, der en dag kan erstatte silicium - er blevet brugt til at lave billige, let fremstillede LED'er, potentielt åbne op for en bred vifte af kommercielle applikationer i fremtiden, såsom fleksible farveskærme.

Denne særlige klasse af halvledende perovskitter har skabt spænding i solcellefeltet i løbet af de sidste mange år, efter at professor Henry Snaiths gruppe ved Oxford University fandt, at de var bemærkelsesværdigt effektive til at omdanne lys til elektricitet. På kun to korte år, perovskit-baserede solceller har nået en effektivitet på næsten 20 %, et niveau, som det tog konventionelle siliciumbaserede solceller 20 år at nå.

Nu, forskere fra University of Cambridge, University of Oxford og Ludwig-Maximilians-Universität i München har demonstreret en ny applikation til perovskitmaterialer, bruger dem til at lave lysdioder med høj lysstyrke. Resultaterne er publiceret i tidsskriftet Natur nanoteknologi .

Perovskite er en generel term, der bruges til at beskrive en gruppe materialer, der har en karakteristisk krystalstruktur af kubiske og diamantformer. De har længe været af interesse for deres superledende og ferroelektriske egenskaber. Men i de sidste mange år, deres effektivitet til at omdanne lys til elektrisk energi har åbnet op for en lang række potentielle anvendelser.

Perovskitterne, der blev brugt til at fremstille LED'erne, er kendt som organometalhalogenidperovskiter, og indeholder en blanding af bly, kulstofbaserede ioner og halogenioner kendt som halogenider. Disse materialer opløses godt i almindelige opløsningsmidler, og samles for at danne perovskitkrystaller, når de tørres, gør dem billige og nemme at lave.

"Disse organometalhalogenidperovskitter er bemærkelsesværdige halvledere, " sagde Zhi-Kuang Tan, en ph.d.-studerende ved University of Cambridges Cavendish Laboratory og papirets hovedforfatter. "Vi har designet diodestrukturen til at begrænse elektriske ladninger i et meget tyndt lag af perovskitten, som opstiller betingelser for elektron-hul-indfangningsprocessen for at producere lysemission."

Perovskit-LED'erne er fremstillet ved hjælp af en enkel og skalerbar proces, hvor en perovskit-opløsning fremstilles og spin-coates på underlaget. Denne proces kræver ikke højtemperaturopvarmningstrin eller et højt vakuum, og er derfor billig at fremstille i stor skala. I modsætning, konventionelle metoder til fremstilling af LED'er gør omkostningerne uoverkommelige for mange store skærmapplikationer.

"Den store overraskelse for halvledersamfundet er at opdage, at sådanne simple procesmetoder stadig producerer meget rene halvlederegenskaber, uden behov for de komplekse rensningsprocedurer, der kræves for traditionelle halvledere såsom silicium, " sagde professor Sir Richard Friend fra Cavendish Laboratory, der har ledet dette program i Cambridge.

"Det er bemærkelsesværdigt, at dette materiale nemt kan indstilles til at udsende lys i en række forskellige farver, hvilket gør den yderst anvendelig til farveskærme, belysning og optiske kommunikationsapplikationer, " sagde Tan. "Denne teknologi kan give en masse værdi til den stadigt voksende fladskærmsindustri."

Holdet søger nu at øge effektiviteten af ​​LED'erne og bruge dem til diodelasere, som bruges i en række videnskabelige, medicinske og industrielle anvendelser, såsom materialebehandling og medicinsk udstyr. Den første kommercielt tilgængelige LED baseret på perovskite kunne være tilgængelig inden for fem år.