От домашнего освещения до дисплеев мобильных телефонов, от точечного освещения, необходимого для эндоскопических процедур, до источника света для выращивания овощей в космосе – светодиоды повсюду. Тем не менее, современные высококачественные светодиоды по-прежнему необходимо обрабатывать при высоких температурах и с использованием сложных технологий осаждения, что делает их производство дорогостоящим.
Ученые недавно поняли, что перовскиты на основе галогенидов металлов – полупроводниковые материалы с той же структурой, что и минерал титанат кальция, но с другим элементным составом – являются чрезвычайно многообещающими кандидатами для светодиодов следующего поколения. Эти перовскиты можно перерабатывать в светодиоды из раствора при комнатной температуре, что значительно снижает стоимость их производства.
Тем не менее, электролюминесцентные характеристики перовскитов в светодиодах все еще нуждаются в улучшении.
Под руководством профессора Андрея Рогача, заведующего кафедрой материаловедения и инженерии CityU, и его сотрудника профессора Ян Сюйонга из Шанхайского университета, команда нашла своего рода диммер: они могут переключать световое излучение перовскитов на более яркое. уровень!
Они работали с двумерными (2D) перовскитами (также известными как перовскиты Раддлесдена-Поппера) и сумели создать очень эффективные и яркие светодиоды с лучшими показателями как по выходному току, так и по внешней квантовой эффективности для устройств на основе этого типа перовскитов. Эта работа поставила перовскитные светодиоды на пятки современных коммерческих дисплейных технологий, таких как органические светодиоды.
Ключ к мощным изменениям заключается в добавлении около 10% простой органической молекулы под названием метансульфонат (MeS).
В этом исследовании 2D-перовскиты, используемые командой, имеют толщину нанометрового уровня.
MeS восстанавливает структуру двумерных перовскитных нанолистов, одновременно улучшая передачу энергии экситона между листами разной толщины. Оба эти изменения значительно усилили электролюминесценцию более толстых листов перовскита с зеленым излучением в 2D-структуре.
MeS также полезен для уменьшения количества дефектов в структуре 2D-перовскита.
Во время процесса генерации света, в котором происходит излучательная рекомбинация, часть экситонов, необходимых для этого процесса, будет «растрачиваться» на безызлучательную рекомбинацию, которая не дает света. MeS уменьшает количество нескоординированных катионов Pb2 +, что является причиной безызлучательной рекомбинации экситонов, обеспечивая большее количество экситонов, участвующих в производстве света.
Результаты исследований по созданию лучших светодиодов обнадеживают. Яркость 13 400 кандел / м2 при низком приложенном напряжении 5.5 В и внешняя квантовая эффективность 20.5% были записаны. Это близко к максимуму, которого могут достичь многие существующие светодиодные технологии, и почти удвоил уровень внешней квантовой эффективности, равный 10.5% сообщили в своем предыдущем исследовании два года назад.
"Команда My CityU накопила свой опыт работы с перовскитными материалами на очень высоком уровне за относительно короткий период времени благодаря финансовой поддержке со стороны старшего научного сообщества Фонда Краучера.
И уже мы видим пользу, особенно в результатах, подробно описанных в этой последней публикации », – сказал профессор Рогач.
«Достигнутая высокая яркость, превосходная чистота цвета и эффективность эксплуатации коммерческого уровня делают перовскиты 2D как чрезвычайно привлекательные материалы для будущих коммерческих светодиодов, а также потенциально могут использоваться для технологии отображения.
Это ощутимый результат фундаментальных и прикладных исследований новых наноразмерных материалов », – добавляет он.