Naukowcy ze Stanford poprawili jasność i wydajność niedrogich diod LED z perowskitu. Jednak pojawił się problem, ponieważ te światła wykazywały szybkie wypalanie się w ciągu kilku minut od użycia. Zajęcie się ograniczeniami w strukturze atomowej PeLED jest kluczowe, pomimo ich prostego procesu produkcyjnego. Dlatego Congreve Lab planuje zająć się wyzwaniami PeLED, generując światło fioletowe i ultrafioletowe.
Naukowcy ze Stanford poczynili znaczące postępy w zakresie jasności i wydajności, manipulując składem diod LED z perowskitu – tańszego i łatwiej produkowanego rodzaju diod LED. Napotkali jednak przeszkodę, ponieważ diody przestawały działać już po kilku minutach użytkowania.
Naukowcy przetestowali metodę poprawy jasności i wydajności perowskitowych diod LED, czyli PeLED. Stanowią one tańszą i łatwiejszą w produkcji alternatywę. Naukowcy przetestowali metodę poprawy jasności i wydajności perowskitowych diod LED, czyli PeLED. Stanowią one tańszą i łatwiejszą w produkcji alternatywę, ale ten rewolucyjny dodatek molekularny poprawia jakość diod LED, ale skraca ich żywotność. Wyniki te stanowią dobitne przypomnienie o niezbędnych kompromisach, które muszą zostać dogłębnie zrozumiane, aby rozwijać tę konkretną klasę materiałów.
Dan Congreve , adiunkt w dziedzinie elektrotechniki i starszy autor publikacji, powiedział: „Poczyniliśmy duże kroki w kierunku zrozumienia przyczyn degradacji. Pytanie brzmi, czy możemy znaleźć sposób na złagodzenie tego zjawiska przy jednoczesnym zachowaniu wydajności? Jeśli nam się to uda, myślę, że możemy naprawdę zacząć pracować nad realnym rozwiązaniem komercyjnym”.
Diody LED perowskitowe są wyjątkowe
Diody LED przekształcają energię elektryczną w światło, przepuszczając prąd elektryczny przez materiał półprzewodnikowy, który emituje światło po przyłożeniu pola elektrycznego. Jednak proces produkcji półprzewodników jest zarówno skomplikowany, jak i kosztowny, zwłaszcza w porównaniu z mniej energooszczędnymi rozwiązaniami oświetleniowymi, takimi jak żarówki żarowe i świetlówki.
Sebastian Fern×ndez , główny autor i doktorant w laboratorium Congreve'a, powiedział: „Wiele z tych materiałów jest hodowanych na drogich podłożach, takich jak czterocalowe podłoże szafirowe. Sam zakup takiego podłoża kosztuje kilkaset dolarów”.
Diody PeLED wykorzystują najnowocześniejszy półprzewodnik zwany perowskitami metalohalogenkowymi , który składa się z harmonijnej mieszanki różnych pierwiastków. Hodując kryształy perowskitu na szklanych podłożach, inżynierowie mogą osiągnąć znaczne oszczędności w porównaniu z tradycyjnymi diodami LED. Perowskity można rozpuścić w roztworze i nałożyć na szkło, tworząc warstwę emitującą światło. Jest to prostszy proces produkcji w porównaniu ze standardowymi diodami LED.
Diody LED perowskitowe: badanie możliwości i ograniczeń.
Diody PeLED mają następujące zalety:
- Zwiększenie opłacalności energooszczędnego oświetlenia wewnętrznego na większym obszarze środowiska zabudowanego, a tym samym zmniejszenie zużycia energii.
- Diody PeLED mają potencjał poprawy czystości kolorów wyświetlaczy smartfonów i telewizorów.
Jak mawiał prof. Congreve : „Zielony jest bardziej zielony, niebieski jest bardziej niebieski. Urządzenie dosłownie pozwala zobaczyć więcej kolorów”.
Obecnie wiele PeLED-ów szybko traci jasność i nie jest tak energooszczędnych jak standardowe diody LED. Dzieje się tak z powodu defektów w strukturze atomowej materiału perowskitowego.
Profesor Congreve wyjaśnia: „Tutaj powinien być atom, ale go nie ma. Energia tam trafia, ale nie ma światła, co negatywnie wpływa na ogólną wydajność urządzenia”.
Jasność kontra trwałość
Aby sprostać tym wyzwaniom, Fernסndez rozwinął metodę opracowaną przez Congreve'a i Mahesha Gangishetty'ego , doświadczonego adiunkta chemii na Uniwersytecie Stanowym Mississippi, który jest również współautorem artykułu badawczego. W perowskitach występuje znaczna liczba nieefektywnych energetycznie pustych przestrzeni, szczególnie w miejscach, w których powinny znajdować się atomy ołowiu.
Wydajne diody PeLED o skróconym czasie działania można udoskonalić, zastępując 30% ołowiu w perowskicie atomami manganu. Zespołowi udało się znacząco poprawić ich jasność, zwiększyć wydajność prawie trzykrotnie i wydłużyć żywotność z niecałej minuty do 37 minut.
Sebastian Fern×ndez powiedział: „Ołów jest niezwykle ważny dla emisji światła w tym materiale, ale jednocześnie wiadomo, że jest toksyczny. Ten rodzaj ołowiu jest również rozpuszczalny w wodzie – co oznacza, że mógłby przeciekać, na przykład, przez pęknięty ekran smartfona. Ludzie sceptycznie podchodzą do toksycznych technologii komercyjnych, więc to również skłoniło mnie do rozważenia innych materiałów”.
Zobacz także : 10 korzyści oświetlenia LED dla środowiska
Postępy i przeszkody na horyzoncie
Rewolucyjny dodatek molekularny poprawia działanie diod LED, ale skraca ich żywotność, dlatego Fernסndez posunął to na wyższy poziom , mieszając tlenek fosfiny znany jako TFPPO z materiałem perowskitowym. Dodał: „Dodałem go i zobaczyłem, jak wydajność gwałtownie wzrosła”.
Dodanie tego dodatku znacząco poprawiło wydajność, dzięki czemu diody stały się nawet pięciokrotnie bardziej energooszczędne niż te z samym dodatkiem manganu. Co więcej, uzyskano jeden z najjaśniejszych efektów świetlnych, jakie kiedykolwiek zaobserwowano w diodach PeLED.
Jednak te korzyści miały swoją wadę – światła ściemniały się zaledwie do połowy swojej maksymalnej jasności w zadziwiająco krótkim czasie dwóch i pół minuty . Natomiast perowskity, które nie zostały poddane działaniu TFPPO, zdołały utrzymać swoją jasność przez imponujące 37 minut.
Zrozumienie kompromisu
Fernסndez planuje wypróbować różne dodatki tlenku fosfiny, aby zaobserwować ich różne skutki i zrozumieć przyczyny ich działania.
Fernסndez mówi: „Oczywiście, ten dodatek jest niesamowity pod względem wydajności. Jednak jego wpływ na stabilność musi zostać ograniczony, aby mieć jakąkolwiek nadzieję na komercjalizację tego materiału”.
Laboratorium Congreve zajmuje się rozwiązywaniem dodatkowych problemów związanych z PeLED-ami, w tym ich niezdolnością do generowania światła fioletowego i ultrafioletowego.
Źródło Biorąc pod uwagę wydajność i stabilność oświetlenia opartego na perowskitach
