Metaalhalogenide-perovskieten worden beschouwd als materialen van de volgende generatie voor lichtemitterende apparaten (LED's). Recent onderzoek onder leiding van een wetenschapper van de City University of Hong Kong (CityU) heeft geresulteerd in een nieuwe en efficiënte fabricagebenadering om volledig anorganische perovskietfilms te produceren met betere optische eigenschappen en stabiliteit, waardoor de ontwikkeling mogelijk is van perovskiet-LED's met een hoge kleurzuiverheid en lage kosten met een hoge operationele levensduur.

Perovskiet-LED's (PeLED's) zijn een opkomende lichtemitterende technologie met voordelen van lage productiekosten, hoge lichtkwaliteit en energie-efficiëntie. Metaalhalogenide (betekent verbindingen van metalen met chloor, broom of jodium) perovskieten hebben recent veel aandacht getrokken als veelbelovende materialen voor in oplossing verwerkte LED's, dankzij hun uitstekende optische eigenschappen, zoals verzadigde emissiekleuren en gemakkelijke kleurafstemming.

Vooral, perovskieten op basis van anorganische cesiumkationen, namelijk CsPbX ₃ (waar X chloor kan zijn, broom en jodium), vertonen een betere thermische en chemische stabiliteit in vergelijking met de organisch-anorganische 'hybride' metaalhalogenide perovskieten, en kan dus de basis vormen voor hoogwaardige LED's met een redelijke operationele stabiliteit. Maar de vorige anorganische PeLED's vertoonden relatief slechte elektroluminescentieprestaties vanwege hun grote perovskietkorrelgroottes.

Nu heeft een team van onderzoekers van CityU en de Universiteit van Shanghai op het vasteland van China een efficiënte fabricagemethode ontwikkeld om gladde anorganische perovskietfilms te maken met aanzienlijk verbeterde prestaties en stabiliteit. Hun bevindingen verschijnen in het laatste nummer (2019, 10, 665) van het wetenschappelijke tijdschrift Natuurcommunicatie , getiteld "Trifluoracetaat geïnduceerde kleinkorrelige CsPbBr ₃ perovskietfilms resulteren in efficiënte en stabiele lichtemitterende apparaten."

Het team heeft ontdekt dat het gebruik van cesiumtrifluoracetaat (TFA) als de cesiumbron in de eenstapsoplossingscoating, in plaats van het veelgebruikte cesiumbromide (CsBr), maakt snelle kristallisatie van kleinkorrelig CsPbBr . mogelijk ₃ perovskietkristallen, het vormen van de gladde en gaatjesvrije perovskietfilms. Dit komt omdat de interactie van TFA-anionen met Pb ₂ ⁺ kationen in de CsPbX ₃ precursoroplossing verbetert de kristallisatiesnelheid van perovskietfilms aanzienlijk en onderdrukt oppervlaktedefecten.

Als resultaat, het team is erin geslaagd om op basis van deze films efficiënte en stabiele groene PeLED's te maken, met een maximale stroomefficiëntie van 32,0 cd A-1, wat overeenkomt met een externe kwantumefficiëntie van 10,5% - een niveau dat algemeen als bevredigend wordt beschouwd in bestaande PeLED's.

Belangrijker, de volledig anorganische perovskiet-LED's op basis van deze films vertoonden een recordlevensduur. Ze hebben een halfwaardetijd van meer dan 250 uur bij een initiële luminantie van 100 cd m-2, wat een 17-voudige verbetering is in de operationele levensduur in vergelijking met van CsBr afgeleide PeLED.

"Onze studie suggereert dat de hoge kleurzuiverheid en goedkope volledig anorganische loodhalogenide-perovskietfilms kunnen worden ontwikkeld tot zeer efficiënte en stabiele LED's via een eenvoudige optimalisatie van de korrelgrenzen, " zegt Andrey Rogach, Leerstoelhoogleraar Photonics Materials bij CityU, die een van de correspondentieauteurs van het artikel is.

"Ik voorzie een aanzienlijk toepassingspotentieel van dergelijke films, omdat ze gemakkelijk te fabriceren zijn en gemakkelijk kunnen worden gedeponeerd door te printen om verschillende opto-elektronische apparaten te realiseren, " hij voegt toe.

Een andere correspondentieauteur van het artikel is professor Yang Xuyong van de Universiteit van Shanghai. De eerste auteurs zijn Wang Haoran van de Universiteit van Shanghai en Zhang Xiaoyu, een voormalig gastonderzoeker aan CityU, nu werkzaam als postdoc aan de Jilin University.