Efficiënte nabij-infrarood (NIR) lichtemitterende diodes van perovskiet zijn geproduceerd in een laboratorium aan de Universiteit van Linköping. De externe kwantumefficiëntie is 21,6 procent, wat een record is. De resultaten zijn gepubliceerd in Natuurfotonica .

Het werk wordt geleid door LiU-wetenschapper Feng Gao, in nauwe samenwerking met collega's in China, Italië, Singapore en Zwitserland.

Perovskieten zijn een groep materialen gedefinieerd door hun kristalstructuur, en zijn de afgelopen 10 jaar de focus geweest van intense onderzoeksinteresse, aanvankelijk voor zonnecellen en sinds kort ook voor lichtgevende dioden. Ze hebben goede lichtgevende eigenschappen en zijn gemakkelijk te vervaardigen. De externe kwantumefficiëntie (de verhouding van ladingsdragers die als licht worden uitgestraald ten opzichte van alle ladingsdragers die in de materialen worden ingevoerd) van lichtemitterende diodes op basis van perovskieten is tot nu toe beperkt door defecten die tijdens de fabricage in het materiaal optreden. De defecten fungeren als vallen voor de ladingsdragers en veroorzaken zo energieverliezen.

Een manier om met defecten om te gaan, is door materialen toe te voegen die bekend staan ​​als "passiveringsmoleculen, " die zich binden aan de atomen die defecten veroorzaken. De onderzoekers hadden eerder een molecuul ontdekt met aminogroepen aan de uiteinden die een zekere verbetering in eigenschappen gaven. Echter, toen ze een molecuul selecteerden dat ook zuurstofatomen bevatte, het effect nam enorm toe.

"We begrijpen nu dat het de waterstofbruggen tussen passiveringsmoleculen en perovskietmaterialen zijn die problemen veroorzaken. Hierdoor konden we zoeken naar een molecuul dat perfect was voor passivering, " zegt Feng Gao, hoofddocent bij de afdeling Biomoleculaire en Organische Elektronica aan de Universiteit van Linköping.

Het molecuul dat ze vonden heeft twee aminogroepen aan de uiteinden, met zuurstofatomen op geschikte afstanden ertussen. Zuurstofatomen verminderen het vermogen tot waterstofbinding van aminogroepen, en daarmee de kans vergroten dat ze in wisselwerking staan ​​met defecten. Het aantal vallen voor ladingsdragers in de perovskiet wordt aanzienlijk verminderd, waardoor de ladingsdragers efficiënt kunnen recombineren en licht uitstralen.

"Dit specifieke perovskietmateriaal geeft zeer efficiënte lichtgevende dioden in het nabij-infraroodgebied. Nabij-infrarood lichtgevende dioden zijn bijzonder nuttig voor medische en telecommunicatietoepassingen. We zijn van mening dat onze nieuwe bevindingen ook kunnen worden toegepast op perovskiet lichtgevende dioden. diodes met andere kleuren, ' zegt Feng Gao.

De externe kwantumefficiëntie is een recordhoogte van 21,6 procent.

"We hebben tot nu toe de beste lichtgevende diodes in perovskietmateriaal ontwikkeld. Ze kunnen ook concurreren met lichtgevende diodes op basis van:bijvoorbeeld, Organische materialen, " zegt Wiedong Xu, postdoc in de Divisie Biomoleculaire en Organische Elektronica, LiU.