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    Miglioramento dell'efficienza, luminosità dei LED in perovskite

    La struttura di un grande LED in perovskite, dove uno strato di ossido di zinco è stato depositato sullo strato di trasporto degli elettroni di silicato di zinco, fornendo una maggiore luminosità con una migliore efficienza energetica. Credito:Istituto di tecnologia di Tokyo

    I progressi nei materiali organici fosforescenti stanno aprendo nuove opportunità per i diodi organici a emissione di luce per l'elettronica combinata e le applicazioni luminose, comprese le celle solari, fotodiodi, fibre ottiche e laser.

    Mentre i materiali luminescenti a bassa dimensione, come la perovskite minerale di ossido di calcio e titanio, hanno proprietà ottiche promettenti, le loro prestazioni rimangono insufficienti rispetto ai LED organici convenzionali. Uno studio recente, pubblicato in questa settimana Recensioni di fisica applicata , esplora un nuovo approccio che utilizza un effetto di confinamento degli eccitoni per ottimizzare i LED in perovskite altamente efficienti.

    Per ottenere un dispositivo elettroluminescente efficiente, deve avere uno strato di emissione a resa quantica ad alta fotoluminescenza, efficiente iniezione di lacune elettroniche e strati di trasporto, e un'elevata efficienza di accoppiamento della luce. Con ogni nuovo progresso nel materiale dello strato di emissione, sono necessari nuovi materiali funzionali per realizzare un LED più efficiente. Per raggiungere questo obiettivo, gli autori dello studio hanno esplorato le prestazioni di un sistema amorfo di zinco-silice-ossido stratificato con cristalli di perovskite per migliorare le prestazioni del diodo.

    "Pensiamo che molte persone [sono] troppo concentrate su uno strato di emissione, " disse Hideo Hosono, autore corrispondente dello studio. "Per un dispositivo, tutti i livelli sono ugualmente importanti poiché ogni strato ha un ruolo diverso [ma] cruciale".

    L'ossido di zinco silicio amorfo ha un'affinità elettronica sintonizzabile poco profonda, capace di confinare gli eccitoni, ma anche un'elevata mobilità degli elettroni per trasportare gli elettroni. Stratificando il cristallo di perovskite e l'ossido di zinco silicio amorfo, il team ha sviluppato un modo per confinare gli eccitoni e iniettare gli elettroni negli strati di perovskite 3-D in modo efficiente. L'allineamento del livello energetico tra gli strati si è rivelato un materiale ideale per questo scopo.

    Per convalidare i loro risultati, il team ha testato la loro creazione producendo blu, LED in perovskite rosso e verde, chiamati PeLED. Il diodo verde funzionava alla tensione più bassa (2,9 volt a 10, 000 candele per metro quadrato) ed era il più efficiente (33 lumen/watt) e il più luminoso (500, 000 candele per metro quadrato). Sebbene il team abbia prodotto la massima luminanza per i diodi rossi fino ad oggi, l'illuminazione rimaneva troppo debole per l'uso pratico.

    Mentre questi risultati mostrano la promessa di manipolare il materiale dello strato di trasporto degli elettroni, restano le sfide, compresa la stabilità dei materiali di perovskite e la tossicità del piombo nella matrice dei cristalli minerali. Nonostante queste limitazioni, i risultati offrono nuove opportunità per applicare questo approccio per realizzare applicazioni pratiche per i LED di perovskite nei dispositivi optoelettronici.

    "Per i pratici PeLED, sono altamente necessari nuovi materiali che emettano alogenuri con stabilità chimica ed elementi senza piombo, " ha detto Junghwan Kim, autore corrispondente dello studio. "Se questo problema è risolto, i PeLED saranno commercializzati per l'elettronica pratica in futuro."


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