Onderzoekers van de Universiteit van Linköping, Zweden, hebben efficiënte blauwlicht-emitterende diodes ontwikkeld op basis van halide-perovskieten. "We zijn erg enthousiast over deze doorbraak, " zegt Feng Gao, professor aan de Universiteit van Linköping. De nieuwe leds kunnen de weg openen naar goedkope en energiezuinige verlichting.

Verlichting is verantwoordelijk voor ongeveer 20% van het wereldwijde elektriciteitsverbruik, een cijfer dat zou kunnen worden teruggebracht tot 5% als alle lichtbronnen zouden bestaan ​​uit light-emitting diodes (LED's). De blauw-witte LED's die momenteel in gebruik zijn, echter, ingewikkelde fabricagemethoden nodig hebben en duur zijn, waardoor het moeilijker wordt om een ​​wereldwijde transitie te realiseren.

LED's vervaardigd uit halide perovskieten zouden een goedkoper en milieuvriendelijker alternatief kunnen zijn voor zowel verlichting als op LED gebaseerde monitoren. Perovskieten zijn een familie van halfgeleidende materialen die worden gedefinieerd door hun kubische kristalstructuur. Ze hebben goede lichtgevende eigenschappen en zijn gemakkelijk te vervaardigen. Met behulp van elementen uit de halogeengroep, d.w.z. fluor, chloor, broom en jodium, perovskieten kunnen eigenschappen krijgen die afhankelijk zijn van de chemische samenstelling van het kristal.

LED's voor groen en rood licht zijn al gemaakt met perovskieten, maar één kleur, blauw, ontbrak tot nu toe, waardoor het onmogelijk is om wit licht te bereiken.

"Blauw licht is de sleutel om lichtgevende perovskieten naar praktische toepassingen te brengen. Onze meest recente doorbraak is een stap op weg, " zegt Feng Gao, hoogleraar aan het departement Natuurkunde, Scheikunde en biologie aan de Universiteit van Linköping.

onderzoeksgroep van Feng Gao, in samenwerking met collega's in Lund, Groot Brittanië, Duitsland, China en Denemarken, is erin geslaagd om halide-perovskieten te creëren die een stabiele emissie geven in het golflengtebereik van 451-490 nanometer, wat overeenkomt met diepblauwe tot hemelsblauwe kleuren. Max Karlsson is promovendus aan de Universiteit van Linköping en mede-eerste auteur van het artikel dat nu is gepubliceerd in Natuurcommunicatie . Hij zegt:

"Metaalhalogenide-perovskieten zijn gemakkelijk in kleur af te stemmen over het hele zichtbare spectrum door eenvoudig te legeren. Helaas, en een blauwe LED wordt groen tijdens bedrijf. We hebben een methode gevonden die deze kleurverschuiving kan voorkomen door de dynamiek van filmkristallisatie te regelen bij het maken van de perovskiet. Deze bevindingen effenen de weg voor stabiele perovskietlegeringen, niet alleen voor leds maar ook voor zonnecellen."

De uitdaging om blauw licht te creëren in perovskieten is dat het een chemische samenstelling vereist met een grote fractie chloride, waardoor de perovskiet onstabiel wordt. Blauwe op perovskiet gebaseerde LED's zijn eerder gemaakt met behulp van wat bekend staat als de "quantum opsluitingstechniek, " wat LED's met een lage intensiteit geeft met een slechte efficiëntie. stabiele perovskieten met de gewenste hoeveelheid chloride kunnen worden gemaakt met behulp van de "vapor-assisted crystallization-techniek". Verder, de onderzoekers van de Universiteit van Linköping hebben een energie-efficiëntie van maximaal 11% bereikt voor de blauwe op perovskiet gebaseerde LED's.

"We hebben aangetoond dat blauwe lichtemitterende diodes op basis van halide-perovskieten zowel efficiënt als stabiel kunnen zijn over een breed spectrum, zonder kwantumopsluiting te gebruiken. We zijn erin geslaagd om een ​​van de meest efficiënte blauwe op perovskiet gebaseerde LED's te maken die tot nu toe bekend zijn, " zegt Weidong Xu, postdoc aan de Universiteit van Linköping.

De wetenschap van perovskieten is een relatief nieuw onderzoeksgebied dat grote internationale belangstelling heeft gewekt, omdat het een groot potentieel biedt voor het ontwikkelen van goedkope en efficiënte materialen. Feng Gao, echter, wijst er snel op dat het werk dat ze hebben gedaan fundamenteel onderzoek is, en toepassingen zijn nog ver weg in de toekomst.

"Perovskiet-LED's zijn een jonge technologie en hebben nog een lange weg te gaan voordat ze het daglicht zien. de korte levensduur en slechte prestaties van blauwe LED's zijn de belangrijkste obstakels voor perovskiet light-emitting diodes voordat ze kunnen gaan concurreren met bestaande technologieën zoals light-emitting diodes op basis van organische en anorganische halfgeleiders. Daar blijven we aan werken om PeLED's vergelijkbaar te maken met de andere technologieën, ' zegt Feng Gao.