Дальше ярче и эффективнее

Автор: Инженерный факультет Стэнфордского университета, 25 августа 2023 г.

Восемь зеленых перовскитовых светодиодных подложек в лаборатории Конгрива светятся, когда исследователи освещают их ультрафиолетовым светом. Фото: Себастьян Фернандес / Стэнфордский университет.

Изменяя состав материала перовскитных светодиодов, более дешевого и простого в изготовлении типа светодиодов, исследователи из Стэнфорда добились скачков в яркости и эффективности, но увидели, что их свет гаснет через несколько минут использования.

Скорее всего, экран, с которого вы читаете, светится благодаря светодиодам, широко известным как светодиоды. Эта широко распространенная технология обеспечивает энергоэффективное внутреннее освещение и все чаще освещает мониторы наших компьютеров, телевизоры и экраны смартфонов. К сожалению, это также требует относительно трудоемкого и дорогостоящего производственного процесса.

Надеясь устранить этот недостаток, исследователи из Стэнфорда протестировали метод, который повысил яркость и эффективность перовскитных светодиодов, или PeLED, более дешевой и простой в изготовлении альтернативы. Однако их усовершенствования привели к тому, что свет погас в считанные минуты, демонстрируя осторожные компромиссы, которые необходимо понимать для продвижения этого класса материалов.

«Мы сделали несколько больших шагов к пониманию того, почему это деградирует. Вопрос в том, сможем ли мы найти способ смягчить это, сохранив при этом эффективность?» — говорит Дэн Конгрив, доцент кафедры электротехники и старший автор статьи, опубликованной ранее в этом месяце в журнале Device. «Если мы сможем это сделать, я думаю, мы действительно сможем начать работу над жизнеспособным коммерческим решением».

Восемь зеленых перовскитовых светодиодов, легированных марганцем, в лаборатории Конгрива светятся, когда исследователи пропускают через них электрический ток. Фото: Себастьян Фернандес / Стэнфордский университет.

In simplest terms, LEDs transform electrical energy into light by passing electric current through a semiconductor – layers of crystalline material that emits light with an applied electric field. But creating those semiconductorsSemiconductors are a type of material that has electrical conductivity between that of a conductor (such as copper) and an insulator (such as rubber). Semiconductors are used in a wide range of electronic devices, including transistors, diodes, solar cells, and integrated circuits. The electrical conductivity of a semiconductor can be controlled by adding impurities to the material through a process called doping. Silicon is the most widely used material for semiconductor devices, but other materials such as gallium arsenide and indium phosphide are also used in certain applications." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Полупроводники становятся сложными и дорогостоящими по сравнению с менее энергоэффективными лампами накаливания и флуоресцентными лампами.

«Многие из этих материалов выращиваются на дорогих поверхностях, таких как четырехдюймовая сапфировая подложка», — говорит Себастьян Фернандес, аспирант лаборатории Конгрива и ведущий автор статьи. «Просто покупка этого субстрата стоит несколько сотен долларов».

В PeLED используются полупроводники, известные как металлогалогенидные перовскиты, состоящие из смеси различных элементов. Инженеры могут выращивать кристаллы перовскита на стеклянных подложках, экономя значительную сумму по сравнению с обычными светодиодами. Они также могут растворять перовскиты в растворе и «нарисовать» его на стекле, чтобы создать светоизлучающий слой, что является более простым производственным процессом, чем требуется для обычных светодиодов.

Эти преимущества могут сделать энергоэффективное внутреннее освещение возможным для большей части застроенной среды, снижая спрос на энергию. PeLED также могут улучшить чистоту цвета дисплеев смартфонов и телевизоров. «Зеленый цвет более зеленый, синий — более синий», — говорит Конгрив. «Вы можете буквально увидеть больше цветов с устройства».

Most PeLEDs today, however, peter out after just a few hours. And they often don’t match the energy efficiency of standard LEDs, due to random gaps in the perovskite’s atomic structure known as defects. “There should be an atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"atom here, but there’s not,” Congreve explains. “Energy goes in there, but you don’t get light out, so it harms the overall efficiency of the device.”/p>