Исследователи из Стэнфорда улучшили яркость и эффективность доступных перовскитных светодиодов. Однако возникла проблема, поскольку эти лампы быстро выгорали в течение нескольких минут использования. Устранение ограничений в атомной структуре PeLED имеет решающее значение, несмотря на их простой производственный процесс. Таким образом, Congreve Lab планирует решить проблемы PeLED с генерацией фиолетового и ультрафиолетового света.
Исследователи из Стэнфорда добились значительных успехов в повышении яркости и эффективности, манипулируя составом перовскитных светодиодов — более доступного и легко производимого типа светодиодов. Однако они столкнулись с проблемой: светильники переставали работать всего через несколько минут использования.
Исследователи протестировали метод повышения яркости и эффективности перовскитных светодиодов (PeLED). Они представляют собой более дешевую и простую в изготовлении альтернативу, но эта революционная молекулярная добавка улучшает характеристики светодиодов, но сокращает срок их службы. Эти результаты служат убедительным напоминанием о необходимых компромиссах, которые следует тщательно учитывать для продвижения этого класса материалов.
Доцент кафедры электротехники и старший автор статьи Дэн Конгрив сказал: «Мы сделали большие шаги к пониманию причин ухудшения характеристик. Вопрос в том, сможем ли мы найти способ смягчить этот процесс, сохранив при этом эффективность? Если мы сможем это сделать, я думаю, мы действительно сможем начать работу над жизнеспособным коммерческим решением».
Перовскитные светодиоды уникальны
Светодиоды преобразуют электрическую энергию в свет, пропуская электрический ток через полупроводниковый материал, который излучает свет при приложении электрического поля. Однако процесс производства полупроводников сложен и дорог, особенно по сравнению с менее энергоэффективными вариантами освещения, такими как лампы накаливания и люминесцентные лампы.
Себастьян Фернандес , ведущий автор и аспирант в лаборатории Конгрива, сказал: «Многие из этих материалов выращиваются на дорогостоящих поверхностях, таких как четырехдюймовая сапфировая подложка. Только покупка такой подложки стоит несколько сотен долларов».
В светодиодах на основе перовскитов (PeLED) используется передовой полупроводник — металлогалогенидные перовскиты , представляющие собой гармоничную смесь различных элементов. Выращивая кристаллы перовскита на стеклянных подложках, инженеры могут добиться существенной экономии средств по сравнению с традиционными светодиодами. Перовскиты можно растворить в растворе и нанести на стекло для создания светоизлучающего слоя. Это более простой производственный процесс по сравнению с обычными светодиодами.
Перовскитные светодиоды: изучение возможностей и ограничений.
Светодиоды PeLED имеют следующие преимущества:
- Повысить эффективность энергоэффективного внутреннего освещения в большей части застроенной среды, тем самым снизив потребление энергии.
- Светодиоды PeLED обладают потенциалом для улучшения чистоты цвета дисплеев смартфонов и телевизоров.
Как сказал профессор Конгрив : «Зелёный — это больше зелёного, синий — это больше синего. Вы буквально можете увидеть больше цветов на этом устройстве».
В настоящее время многие PeLED быстро теряют яркость и не столь энергоэффективны, как стандартные светодиоды. Это происходит из-за дефектов в атомной структуре материала перовскита.
Профессор Конгрив объясняет: «Здесь должен быть атом, но его нет. Энергия поступает внутрь, но свет не выходит наружу, поэтому это снижает общую эффективность устройства».
Яркость против долговечности
Для решения этих проблем Фернандес развил метод, разработанный Конгривом и Махешем Гангишетти , выдающимся доцентом кафедры химии в Университете штата Миссисипи, который также является соавтором исследовательской статьи. В перовскитах обнаруживается значительное количество энергонеэффективных пустот, особенно в тех областях, где должны располагаться атомы свинца.
Эффективность перовскитных светодиодов с сокращенным временем работы можно повысить, заменив 30% свинца в перовските атомами марганца. Команда значительно улучшила их яркость, увеличила эффективность почти в три раза и продлила срок службы с менее чем одной минуты до 37 минут.
Себастьян Фернандес сказал: «Свинец чрезвычайно важен для излучения света в этом материале, но в то же время известно, что он токсичен. Этот тип свинца также растворим в воде, а это значит, что он может просачиваться, например, через треснувший экран смартфона. Люди скептически относятся к токсичным коммерческим технологиям, поэтому это также подтолкнуло меня к рассмотрению других материалов».
См. также : 10 преимуществ светодиодного освещения для окружающей среды
Достижения и препятствия на горизонте
Революционная молекулярная добавка улучшает светодиоды, но сокращает срок их службы, поэтому Фернандес пошел дальше, смешав оксид фосфина, известный как TFPPO, с перовскитным материалом. Он также добавил: «Я добавил его, и увидел, как резко возросла эффективность».
Добавление присадки привело к значительному улучшению характеристик, сделав светильники в пять раз более энергоэффективными, чем те, которые содержат только марганец. Кроме того, это позволило получить одно из самых ярких свечений, когда-либо наблюдавшихся у PeLED-светодиодов.
Однако у этих достижений был и недостаток : яркость света снижалась до половины максимальной за удивительно короткий промежуток времени — всего за две с половиной минуты . В то же время, перовскиты, не обработанные TFPPO, сохраняли свою яркость в течение впечатляющих 37 минут.
Понимание компромисса
Фернандес планирует опробовать различные добавки оксида фосфина, чтобы понаблюдать за их различным воздействием и понять причины этого воздействия.
Фернандес говорит: «Очевидно, что эта добавка невероятно эффективна. Однако, чтобы иметь хоть какую-то надежду на коммерциализацию этого материала, необходимо подавить ее влияние на стабильность».
Лаборатория Congreve Lab занимается решением дополнительных проблем PeLED, включая их неспособность генерировать фиолетовый и ультрафиолетовый свет.
Источник: Рассмотрение как эффективности, так и стабильности в освещении на основе перовскитов.
