a) Struttura del dispositivo e una corrispondente immagine TEM in sezione trasversale dei PeLED multistrato; b) Schema energetico a banda piatta del PeLED; c) Spettro di fotoluminescenza normalizzato del film CsPbBr3, e spettro di elettroluminescenza del PeLED a una tensione applicata di 5,5 V Credito:City University of Hong Kong
Le perovskiti ad alogenuri metallici sono considerate materiali di nuova generazione per dispositivi a emissione di luce (LED). Una recente ricerca co-guidata da uno scienziato della City University di Hong Kong (CityU) ha portato a un nuovo ed efficiente approccio di fabbricazione per produrre film di perovskite completamente inorganici con migliori proprietà ottiche e stabilità, consentendo lo sviluppo di LED in perovskite a elevata purezza del colore e basso costo con un'elevata durata operativa.
I LED in perovskite (PeLED) sono una tecnologia emergente di emissione di luce con vantaggi di bassi costi di produzione, elevata qualità della luce ed efficienza energetica. Alogenuri metallici (significa composti di metalli con cloro, bromo o iodio) le perovskiti hanno recentemente attirato molta attenzione come materiali promettenti per LED processati in soluzione, grazie alle loro eccellenti proprietà ottiche, come i colori di emissione saturati e la facile regolazione del colore.
In particolare, perovskiti a base di cationi inorganici di cesio, vale a dire CsPbX 3 (dove X può essere cloro, bromo e iodio), mostrano una migliore stabilità termica e chimica rispetto alle perovskiti agli alogenuri metallici organici-inorganici "ibridi", e può quindi fornire la base per LED ad alte prestazioni con ragionevole stabilità operativa. Ma i precedenti PeLED inorganici mostravano prestazioni di elettroluminescenza relativamente scarse a causa delle loro grandi dimensioni dei grani di perovskite.
Ora un team di ricercatori della CityU e dell'Università di Shanghai nella Cina continentale ha sviluppato un approccio di fabbricazione efficiente per realizzare film di perovskite inorganica lisci con prestazioni e stabilità sostanzialmente migliorate. I loro risultati appaiono nell'ultimo numero (2019, 10, 665) della rivista scientifica Comunicazioni sulla natura , intitolato "CsPbBr . a grana piccola indotta da trifluoroacetato 3 I film di perovskite danno luogo a dispositivi emettitori di luce efficienti e stabili."
Il team ha scoperto che utilizzando il trifluoroacetato di cesio (TFA) come fonte di cesio nel rivestimento in soluzione one-step, invece del comunemente usato bromuro di cesio (CsBr), consente una rapida cristallizzazione di CsPbBr . a grana piccola 3 cristalli di perovskite, formando le pellicole di perovskite lisce e prive di fori di spillo. Questo perché l'interazione degli anioni TFA con Pb 2 + cationi nel CsPbX 3 la soluzione precursore migliora notevolmente il tasso di cristallizzazione dei film di perovskite e sopprime i difetti superficiali.
Di conseguenza, il team è riuscito a realizzare PeLED verdi efficienti e stabili basati su questi film, con un'efficienza di corrente massima di 32,0 cd A-1 corrispondente a un'efficienza quantica esterna del 10,5% - un livello generalmente considerato soddisfacente nei PeLED esistenti.
Ma ancora più importante, i LED in perovskite completamente inorganici basati su questi film hanno dimostrato una durata operativa record. Hanno un'emivita di oltre 250 ore con una luminanza iniziale di 100 cd m-2, che è un miglioramento di 17 volte nella durata operativa rispetto al PeLED derivato da CsBr.
"Il nostro studio suggerisce che i film di perovskite ad alogenuri di piombo completamente inorganici ad alta purezza del colore e a basso costo possono essere sviluppati in LED altamente efficienti e stabili tramite una semplice ottimizzazione dei bordi dei grani, "dice Andrey Rogach, Professore di cattedra di materiali fotonici presso CityU, che è uno degli autori della corrispondenza del documento.
"Prevedo un potenziale applicativo significativo di tali film, in quanto sono facili da fabbricare e possono essere facilmente depositati mediante stampa per realizzare vari dispositivi optoelettronici, " Aggiunge.
Un altro autore per corrispondenza del documento è il professor Yang Xuyong dell'Università di Shanghai. I primi autori sono Wang Haoran dell'Università di Shanghai e Zhang Xiaoyu, un ex studente di ricerca in visita presso CityU, ora lavora come postdoc presso l'Università di Jilin.
