Stanfordin tutkijat ovat parantaneet kohtuuhintaisten perovskite-LED-valojen kirkkautta ja tehokkuutta. Kuitenkin takaisku syntyi, koska nämä valot osoittivat nopeaa loppuunpalamista muutamassa minuutissa. PeLEDien atomirakenteen rajoituksiin puuttuminen on ratkaisevan tärkeää niiden yksinkertaisesta valmistusprosessista huolimatta. Näin ollen Congreve Lab aikoo vastata PeLEDin haasteisiin tuottamalla violettia ja ultraviolettivaloa.
Stanfordin tutkijat ovat tehneet merkittäviä parannuksia kirkkauteen ja tehokkuuteen manipuloimalla perovskiitti-LEDien koostumusta . Perovskiitti-LEDit ovat edullisempia ja helpommin valmistettavia LED-valoja. He kohtasivat kuitenkin takaiskun, sillä valot lakkasivat toimimasta jo muutaman minuutin käytön jälkeen.
Tutkijat testasivat menetelmää perovskiitti-LEDien eli PeLEDien kirkkautta ja hyötysuhdetta parantaakseen . Ne ovat halvempi ja helpompi valmistaa vaihtoehto, mutta tämä mullistava molekyylilisäaine parantaa LEDien ominaisuuksia, mutta lyhentää niiden käyttöikää. Nämä tulokset muistuttavat voimakkaasti välttämättömistä kompromisseista, jotka on ymmärrettävä perusteellisesti, jotta tätä materiaaliluokkaa voidaan viedä eteenpäin.
Sähkötekniikan apulaisprofessori ja tutkimuksen vanhempi kirjoittaja Dan Congreve sanoi: "Otimme isoja askeleita ymmärtääksemme, miksi se heikkenee. Kysymys kuuluu, voimmeko löytää keinon lieventää sitä säilyttäen samalla tehokkuuden? Jos pystymme siihen, uskon, että voimme todella alkaa työskennellä kohti kannattavaa kaupallista ratkaisua."
Perovskite-LEDit ovat ainutlaatuisia
LEDit muuttavat sähköenergian valoksi johtamalla sähkövirran puolijohdemateriaalin läpi, joka säteilee valoa sähkökentän vaikutuksesta. Puolijohteiden valmistusprosessi on kuitenkin sekä monimutkainen että kallis, erityisesti verrattuna vähemmän energiatehokkaisiin valaistusvaihtoehtoihin, kuten hehkulamppuihin ja loisteputkiin.
Congreven laboratorion johtava kirjoittaja ja tohtoriopiskelija Sebastian Fernסndez sanoi: "Suuri osa näistä materiaaleista kasvatetaan kalliilla pinnoilla, kuten 10-senttisellä safiiripohjaisella alustalla. Pelkästään tällaisen alustan ostaminen maksaa muutaman sadan dollarin."
PeLED-valot hyödyntävät huippuluokan puolijohdetta, jota kutsutaan metallihalogenidiperovskiiteiksi ja joka koostuu harmonisesta seoksesta erilaisia alkuaineita. Kasvattamalla perovskiittikiteitä lasialustoille insinöörit voivat saavuttaa huomattavia kustannussäästöjä perinteisiin LED-valoihin verrattuna. Perovskiitit voidaan liuottaa liuokseen ja levittää lasille valoa emittoivaksi kerrokseksi. Tämä on yksinkertaisempi tuotantoprosessi kuin tavallisissa LED-valoissa.
Perovskite-LEDit: Mahdollisuuksien ja rajoitusten tutkiminen.
PeLEDit ovat edullisia seuraavilla tavoilla:
- Lisää energiatehokkaan sisävalaistuksen toimivuutta suuremmassa osassa rakennettua ympäristöä, mikä vähentää energiankulutusta.
- PeLEDillä on potentiaalia parantaa älypuhelimen ja TV-näyttöjen värien puhtautta.
Professori Congreven sanoin : "Vihreä on vihreämpää, sininen on sinisempää. Laitteesta voi kirjaimellisesti nähdä enemmän värejä."
Tällä hetkellä monet PeLEDit menettävät kirkkautensa nopeasti eivätkä ole yhtä energiatehokkaita kuin tavalliset LEDit. Tämä johtuu perovskiittimateriaalin atomirakenteen vioista.
Professori Congreve selittää: ”Tässä pitäisi olla atomi, mutta sitä ei ole. Energiaa menee sisään, mutta valoa ei tule ulos, joten se heikentää laitteen kokonaishyötysuhdetta.”
Kirkkaus vs. pitkäikäisyys
Näiden haasteiden ratkaisemiseksi Fernסndez laajensi Congreven ja Mahesh Gangishettyn , Mississippin osavaltionyliopiston kemian apulaisprofessorin ja tutkimusartikkelin toisen kirjoittajan, uraauurtavaa menetelmää. Perovskiiteista löytyy huomattava määrä energiatehottomia tyhjiöitä erityisesti niiltä alueilta, joilla lyijyatomien tulisi sijaita.
Tehokkaampia ja lyhyemmän suorituskyvyn PeLED-valoja voitaisiin parantaa korvaamalla 30 % perovskiitin lyijystä mangaaniatomeilla. Tutkimusryhmä paransi merkittävästi niiden kirkkautta, lisäsi hyötysuhdetta lähes kolminkertaiseksi ja pidensi käyttöikää alle minuutista 37 minuuttiin.
Sebastian Fernסndez sanoi: ”Lyijy on erittäin tärkeää tämän materiaalin valon emittoinnin kannalta, mutta samalla lyijyn tiedetään olevan myrkyllistä. Tällainen lyijy on myös vesiliukoista – mikä tarkoittaa, että se voi vuotaa esimerkiksi säröillä olevan älypuhelimen näytön läpi. Ihmiset suhtautuvat skeptisesti myrkylliseen kaupalliseen teknologiaan, joten se sai minut harkitsemaan myös muita materiaaleja.”
Katso myös : LED-valaistuksen 10 hyötyä ympäristölle
Edistykset ja esteet horisontissa
Vallankumouksellinen molekyylilisäaine parantaa LEDien ominaisuuksia, mutta lyhentää niiden käyttöikää. Siksi Fernסndez vei sen seuraavalle tasolle sekoittamalla perovskiittimateriaaliin TFPPO:na tunnettua fosfiinioksidia. Hän lisäsi: "Lisäsin sitä ja näin tehokkuuden vain nousevan."
Lisäaineen lisääminen johti merkittävään parannukseen, sillä valot olivat jopa viisi kertaa energiatehokkaampia kuin pelkällä mangaanilla varustetut valot. Lisäksi se paljasti yhden eloisimmista koskaan PeLED-valoissa havaituista hehkuista.
Näillä parannuksilla oli kuitenkin haittapuolensa : valot himmenivät vain puoleen maksimikirkkaudestaan huomattavan lyhyessä ajassa, kahdessa ja puolessa minuutissa . Perovskiitit, joita ei käsitelty TFPPO: lla , onnistuivat kuitenkin säilyttämään kirkkautensa vaikuttavat 37 minuuttia.
Vaihteiston ymmärtäminen
Fernסndez aikoo kokeilla erilaisia fosfiinioksidilisäaineita havaitakseen niiden erilaisia vaikutuksia ja ymmärtääkseen niiden taustalla olevia syitä.
Fernסndez sanoo: ”Tämä lisäaine on selvästikin uskomattoman tehokas. Sen vaikutukset vakauteen on kuitenkin tukahdutettava, jotta materiaalin kaupallistaminen olisi mahdollista.”
Congreve Lab on omistautunut vastaamaan PeLED:ien lisähaasteisiin, mukaan lukien niiden kyvyttömyys tuottaa violetti- ja ultraviolettivaloa.
Lähde Perovskiittipohjaisen valaistuksen tehokkuuden ja vakauden huomioon ottaminen
