Wetenschappers van LiU die samenwerken met collega's uit China hebben laten zien hoe efficiënte perovskiet light-emitting diodes (LED's) kunnen worden gerealiseerd. In een artikel gepubliceerd in Natuurcommunicatie , ze bieden richtlijnen voor het vervaardigen van hoogwaardige perovskiet-lichtstralers, en bijgevolg zeer efficiënte perovskiet-LED's.

De halide perovskieten, die worden gedefinieerd door hun kristalstructuren, kan gemakkelijk worden bereid door goedkope oplossingsverwerking uit voorloperoplossing die metaalhalogeniden en organische halogeniden omvat. De resulterende perovskieten hebben uitstekende optische en elektrische eigenschappen, waardoor ze veelbelovende kandidaten zijn voor verschillende soorten opto-elektronische apparaten, zoals zonnecellen, LED's en fotodetectoren.

Omdat in oplossing verwerkte perovskieten grote hoeveelheden defecten bevatten, die meestal halogenide-vacatures zijn, efficiënte controle van de perovskietkristalliniteit is vereist voor hoogwaardige opto-elektronische apparaten. De onderzoeksgroep van LiU, onder leiding van hoofddocent Feng Gao, in samenwerking met wetenschappers van de Nanjing Tech University, en Soochow University in China, heeft nu onderzocht hoe de precursorcomponenten en de interfaces het kristallisatieproces van perovskieten beïnvloeden.

"Wij en verschillende andere groepen ontdekten dat het eenvoudigweg toevoegen van een extra hoeveelheid organische halogeniden in de voorloper kan helpen de defecten te passiveren en zeer emissieve perovskietfilms te bereiken", zegt Zhongcheng Yuan, doctoraat student in de afdeling Natuurkunde, Scheikunde en Biologie (IFM) bij LiU, wie is de eerste auteur van het artikel. De overtollige organische halogeniden, echter, de perovskietkristallisatie belemmeren, resulterend in laaggeleidende perovskiet-emitterende lagen en slecht presterende LED's.

De wetenschappers hebben dit dilemma nu opgelost door de perovskietkristallisatie te ondersteunen met een metaaloxide, ZnO, wat helpt om een ​​geschikt aantal extra organische kationen te verwijderen, waardoor een betere kristallisatie mogelijk is. Het artikel in Nature Communications laat zien hoe chemische reacties tussen verschillende metaaloxidelagen en perovskietlagen de eigenschappen van de dunne films van perovskieten beïnvloeden, en daarmee de prestaties van LED's.

"We bereiken de nauwkeurige controle door gebruik te maken van de basisaard van zinkoxide, die selectief de ongewenste organische kationen kan verwijderen terwijl de gewenste halogenide-anionen achterblijven, " zegt Sai Bai, onderzoeker bij de afdeling Natuurkunde, Chemie en Biologie (IFM) bij LiU. Hij en Feng Gao zijn de belangrijkste auteurs van het artikel.

Deze nieuwe ontdekking, in combinatie met eerdere resultaten van dezelfde groep over het omgaan met defecten in perovskieten, heeft hen in staat gesteld om efficiënte perovskiet lichtemitterende films in het laboratorium te fabriceren. De resulterende apparaten geven bijna-infrarood-LED's met een kwantumefficiëntie van 19,6%, d.w.z. 19,6% van de elektronen die aan het apparaat worden geleverd, worden uitgezonden als licht (fotonen), wat een van de beste prestaties is voor perovskiet-LED's ter wereld.

"Perovskiet-LED's zijn een veelbelovend veld. De afgelopen 5 jaar zijn er snelle doorbraken waargenomen, maar dit gebied is nog nieuw en er moet nog veel werk worden verzet voordat ze op grote schaal commercieel kunnen worden vervaardigd. Een cruciaal aspect dat moet worden verbeterd, is de stabiliteit van het apparaat, ' zegt Feng Gao.