Vooruitgang in organische fosforescerende materialen opent nieuwe mogelijkheden voor organische lichtemitterende diodes voor gecombineerde elektronica en lichte toepassingen, inclusief zonnecellen, fotodiodes, optische vezels en lasers.

Terwijl laagdimensionale lichtgevende materialen, zoals het mineraal perovskiet van calciumtitaanoxide, veelbelovende optische eigenschappen hebben, hun prestaties blijven onvoldoende in vergelijking met conventionele organische LED's. Een recente studie, gepubliceerd in de . van deze week Technische Natuurkunde Beoordelingen , onderzoekt een nieuwe benadering met behulp van een exciton-opsluitingseffect om zeer efficiënte perovskiet-LED's te optimaliseren.

Om een ​​efficiënt elektroluminescent apparaat te bereiken, het moet een emissielaag met een hoge fotoluminescentie-kwantumopbrengst hebben, efficiënte elektronengatinjectie en transportlagen, en hoge lichtuitkoppelingsefficiëntie. Met elke nieuwe vooruitgang in emissielaagmateriaal, nieuwe functionele materialen zijn nodig om een ​​efficiëntere led te realiseren. Om dit doel te bereiken, de auteurs van de studie onderzochten de prestaties van een amorf zink-silica-oxidesysteem gelaagd met perovskietkristallen om de diodeprestaties te verbeteren.

"We denken dat veel mensen [te] gefocust zijn op een emissielaag, " zei Hideo Hosono, corresponderende auteur van het onderzoek. "Voor een apparaat alle lagen zijn even belangrijk omdat elke laag een andere [maar] cruciale rol heeft."

Het amorfe zinksiliciumoxide heeft een ondiepe afstembare elektronenaffiniteit, in staat om excitonen op te sluiten, maar ook een hoge elektronenmobiliteit om elektronen te transporteren. Door het perovskietkristal en het amorfe zinksiliciumoxide in lagen aan te brengen, het team ontwikkelde een manier om excitonen op te sluiten en de elektronen efficiënt in de 3D-perovskietlagen te injecteren. De uitlijning op energieniveau tussen de lagen bleek hiervoor een ideaal materiaal.

Om hun bevindingen te valideren, het team testte hun creatie door blauwe, rode en groene perovskiet-LED's, PeLED's genoemd. De groene diode werkte op de laagste spanning (2,9 volt bij 10, 000 candela per vierkante meter) en was de meest efficiënte (33 lumen/watt) en de helderste (500, 000 candela per vierkante meter). Hoewel het team tot nu toe de maximale luminantie voor rode diodes heeft geproduceerd, de verlichting bleef te zwak voor praktisch gebruik.

Hoewel deze resultaten de belofte tonen van het manipuleren van het materiaal van de elektronentransportlaag, uitdagingen blijven, inclusief de stabiliteit van perovskietmaterialen en toxiciteit van lood in de mineraalkristalmatrix. Ondanks deze beperkingen, de resultaten bieden nieuwe mogelijkheden om deze benadering toe te passen om praktische toepassingen voor perovskiet-LED's in opto-elektronische apparaten te realiseren.

"Voor praktische PeLED's, nieuwe halogenide-emitterende materialen met chemisch stabiliteit en loodvrije elementen zijn hard nodig, " zei Junghwan Kim, corresponderende auteur van het onderzoek. "Als dit probleem is opgelost, de PeLED's zouden in de toekomst worden gecommercialiseerd voor praktische elektronica."