Gli scienziati di LiU che lavorano con i colleghi cinesi hanno mostrato come ottenere efficienti diodi a emissione di luce (LED) in perovskite. In un articolo pubblicato su Comunicazioni sulla natura , forniscono linee guida sulla fabbricazione di emettitori di luce in perovskite di alta qualità, e di conseguenza LED in perovskite ad alta efficienza.

Le perovskiti ad alogenuri, che sono definiti dalle loro strutture cristalline, può essere facilmente preparato mediante elaborazione in soluzione a basso costo da una soluzione precursore comprendente alogenuri metallici e alogenuri organici. Le perovskiti risultanti possiedono eccellenti proprietà ottiche ed elettriche, rendendoli candidati promettenti per vari tipi di dispositivi optoelettronici, come le celle solari, LED e fotorivelatori.

Poiché le perovskiti processate in soluzione contengono grandi quantità di difetti, che sono per lo più posti vacanti ad alogenuri, un controllo efficiente della cristallinità della perovskite è necessario per dispositivi optoelettronici ad alte prestazioni. Il gruppo di ricerca della LiU, sotto la guida del Senior Lecturer Feng Gao, in collaborazione con scienziati della Nanjing Tech University, e Soochow University in Cina, ha ora studiato come i componenti precursori e le interfacce influenzano il processo di cristallizzazione delle perovskiti.

"Noi e molti altri gruppi abbiamo scoperto che la semplice introduzione di una quantità extra di alogenuri organici nel precursore può aiutare a passivare i difetti e ottenere film di perovskite altamente emissivi", afferma Zhongcheng Yuan, dottorato di ricerca studente del Dipartimento di Fisica, Chimica e Biologia (IFM) presso LiU, chi è il primo autore dell'articolo. Gli alogenuri organici in eccesso, però, ostacolare la cristallizzazione della perovskite, con conseguente strati emissivi di perovskite a bassa conduttività e LED a scarse prestazioni.

Gli scienziati hanno ora risolto questo dilemma supportando la cristallizzazione della perovskite con un ossido di metallo, ZnO, che aiuta a rimuovere un numero adeguato di cationi organici extra, consentendo una migliore cristallizzazione. L'articolo su Nature Communications mostra come le reazioni chimiche tra diversi strati di ossido di metallo e strati di perovskite influenzino le proprietà dei film sottili di perovskite, e di conseguenza le prestazioni dei LED.

"Otteniamo il controllo preciso sfruttando la natura di base dell'ossido di zinco, che può rimuovere selettivamente i cationi organici indesiderati lasciando gli anioni alogenuri desiderati, "dice Sai Bai, assegnista di ricerca presso il Dipartimento di Fisica, Chimica e Biologia (IFM) presso LiU. Lui e Feng Gao sono i principali autori dell'articolo.

Questa nuova scoperta, in combinazione con i precedenti risultati dello stesso gruppo sulla gestione dei difetti nelle perovskiti, ha permesso loro di fabbricare in laboratorio efficienti pellicole a emissione di luce di perovskite. I dispositivi risultanti forniscono LED nel vicino infrarosso con un'efficienza quantica del 19,6%, cioè il 19,6% degli elettroni forniti al dispositivo vengono emessi sotto forma di luce (fotoni), che è tra le migliori prestazioni per i LED in perovskite al mondo.

"I LED in perovskite sono un campo promettente. Negli ultimi 5 anni si sono registrati rapidi progressi, ma questo campo è ancora nuovo e molto più lavoro deve essere fatto prima che possano essere prodotti commercialmente su larga scala. Un aspetto critico che deve essere migliorato è la stabilità del dispositivo, "dice Feng Gao.