Met behulp van een eenvoudige oplosmiddelzeefmethode hebben onderzoekers van het Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) het voortouw genomen bij de ontwikkeling van zeer efficiënte en stabiele perovskiet light-emitting diodes (PeLEDs) met recordprestaties .

Hun onderzoek is gepubliceerd in Nature Photonics .

Perovskieten zijn een van de meest veelbelovende opto-elektronische materialen vanwege hun uitstekende opto-elektronische prestaties en lage voorbereidingskosten. Vergeleken met traditionele organische lichtemitterende diodes (OLED's) hebben PeLED's een smaller lichtgevend spectrum en een superieure kleurzuiverheid, waardoor ze een groot toepassingspotentieel op het gebied van weergave en verlichting laten zien.

Ondanks aanzienlijke vooruitgang op het gebied van efficiëntie heeft de lage operationele stabiliteit de praktische toepassing van PeLED's echter lange tijd beperkt. Vooral een beperkt begrip van de oorzaak van perovskiet-instabiliteit heeft de ontwikkeling en commercialisering van PeLED's enorm belemmerd.

Gebaseerd op een diepgaande analyse van de fijne nanostructuren van perovskieten, identificeerden de onderzoekers de defecte lage n-fase van de perovskieten als de belangrijkste bron van perovskietinstabiliteit. De lage kwaliteit van de lage n-fase, die slechts één of twee lagen loodionen bevatte, kwam voort uit het snelle en oncontroleerbare kristallisatieproces.

Geïnspireerd door het proces waarbij zand van verschillende groottes met een zeef wordt gescheiden, stelden de onderzoekers een oplosmiddelzeefmethode voor om deze ongewenste lage n-fasen uit te filteren.

Volgens de onderzoekers is de oplosmiddelzeef een combinatie van polaire en niet-polaire oplosmiddelen. Het polaire oplosmiddel fungeert als een gaas dat interageert met perovskieten, terwijl het niet-polaire oplosmiddel fungeert als een raamwerk dat geen invloed heeft op perovskieten. De onderzoekers pasten de verhouding van polaire oplosmiddelen aan om de defecte lage n-fasen effectief te verwijderen.

De PeLED's op basis van de gezeefde perovskieten bereikten onder normale omstandigheden een levensduur van ruim 5,7 jaar (luminantie van 100 cd/m ² ), meer dan 30 keer langer dan het onbehandelde apparaat. Deze recordlevensduur is ook de hoogste waarde die tot nu toe is gerapporteerd voor groene PeLED's en bereikt daarmee de fundamentele drempel voor commerciële toepassing.

Bovendien bereikten deze PeLED's een recordhoge externe kwantumefficiëntie (EQE) van 29,5%, waardoor de efficiëntie van het omzetten van elektriciteit in licht aanzienlijk werd verbeterd.

Bij blootstelling aan omgevingslucht (50 ± 10% luchtvochtigheid) kan het apparaat 75% van zijn kwantumopbrengst voor fotoluminescentie en 80% van zijn EQE gedurende meer dan 100 dagen behouden, waardoor een uitstekende stabiliteit wordt getoond.

Deze oplosmiddelzeefmethode verbetert niet alleen de luminescentieprestaties en stabiliteit van PeLED's aanzienlijk, maar maakt ook de weg vrij voor de toekomstige ontwikkeling en toepassing van perovskieten met unieke nanostructuren en uitstekende luminescentieprestaties.

Meer informatie: Shuo Ding et al., Fasedimensies oplossen van efficiënte en stabiele perovskiet lichtgevende diodes bij hoge helderheid, Natuurfotonica (2024). DOI:10.1038/s41566-023-01372-0

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen