Onderzoekers van de Universiteit van Linköping, werken met collega's in Groot-Brittannië, China en Tsjechië, hebben een perovskiet light-emitting diode (LED) ontwikkeld met zowel een hoog rendement als een lange operationele stabiliteit. Het resultaat is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

"Light-emitting diodes op basis van perovskieten zijn nog steeds niet stabiel genoeg voor praktisch gebruik, maar we hebben ze een stap dichterbij gebracht, " zegt professor Feng Gao, en hoofd onderzoek bij de afdeling Biomoleculaire en Organische Elektronica, Universiteit van Linköping.

Perovskieten zijn een grote familie van halfgeleidende materialen die de interesse hebben gewekt van wetenschappers over de hele wereld. Door hun speciale kristalstructuur hebben ze uitstekende optische en elektronische eigenschappen, terwijl ze zowel gemakkelijk als goedkoop te vervaardigen zijn. De meeste vooruitgang is geboekt in het onderzoek naar het gebruik van perovskieten in zonnecellen, maar ze zijn ook zeer geschikt voor de vervaardiging van LED's.

De efficiëntie van de LED's, die de fractie van ladingsdragers meet die in het materiaal worden ingevoerd en vervolgens als licht worden uitgestraald, is de afgelopen jaren flink toegenomen, en zal binnenkort die van concurrerende technologie bereiken. Zij zijn, echter, niet bijzonder stabiel, wat betekent dat ze tot nu toe niet in de praktijk kunnen worden gebruikt.

"Er moet nog veel gebeuren. Tot nu toe, de meeste perovskiet-LED's hebben een laag rendement of een slechte apparaatstabiliteit, " zegt Xiao-Ke LiU, research fellow bij de afdeling Biomoleculaire en Organische Elektronica. Hij en Feng Gao zijn de belangrijkste auteurs van het artikel.

Veel onderzoeksgroepen hebben aan dit dilemma gewerkt, zonder bijzonder succes. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van LiU, werken met collega's in Groot-Brittannië, China en Tsjechië, een weg vooruit hebben gevonden. Ze hebben een perovskiet gebruikt dat bestaat uit lood, jodium en een organische stof, formamidinium. Vervolgens hebben ze het perovskiet ingebed in een organische molecuulmatrix om een ​​samengestelde dunne film te vormen.

"Dit molecuul met twee aminogroepen aan de uiteinden helpt de andere stoffen om een ​​hoogwaardige kristalstructuur te vormen die kenmerkend is voor perovskieten, en maakt het kristal stabiel, " zegt Heyong Wang, promovendus in de Divisie Biomoleculaire en Organische Elektronica.

Dankzij de nieuwe dunne film van composiet heeft de onderzoeksgroep LED's kunnen ontwikkelen met een efficiëntie van 17,3% met een lange halfwaardetijd, ongeveer 100 uur.

Perovskieten die lood en een halogeen bevatten, in dit geval jodium, hebben de beste lichtgevende eigenschappen.

"We zouden heel graag van de voorsprong af willen. Tot nu toe hebben we geen goede manier gevonden om dit te doen, maar we werken er hard aan zegt Feng Gao.

De volgende stappen zijn om nieuwe combinaties van verschillende perovskieten en organische moleculen te testen en om in detail te begrijpen hoe de nucleatie- en kristallisatieprocessen plaatsvinden. Verschillende perovskieten geven licht op verschillende golflengten, wat een vereiste is voor het langetermijndoel om witlicht-LED's te verkrijgen.