Le perovskiti ad alogenuri metallici sono una nuova classe di materiali semiconduttori per display a LED e raccolta di energia solare. Però, i dispositivi più performanti sono spesso realizzati con perovskiti a base di piombo (Pb), la cui tossicità può causare potenziali problemi ambientali. Per risolvere il problema della tossicità, un metodo efficace è stato l'uso dello stagno (Sn) in sostituzione parziale o totale del piombo nei materiali perovskite. Questa strategia ha avuto particolare successo per le celle solari in perovskite. Però, i materiali perovskite a base di stagno (incluso stagno-piombo) sono generalmente emettitori di luce molto poveri, causando prestazioni insoddisfacenti dei dispositivi a emissione di luce (LED) perovskite a base di stagno.

Una ragione di ciò è che un'alta densità di difetti elettronici può formarsi durante il processo di preparazione delle perovskiti a base di stagno, come stagno (Sn ²⁺ ) può ossidarsi e il processo di cristallizzazione non è ben controllato. Nel 2020 sono stati segnalati LED in perovskite a base di stagno con efficienza quantica esterna del 5%, ma queste efficienze erano possibili solo a bassa luminosità (38 cd/mq). ² ), ben al di sotto del requisito per le applicazioni di visualizzazione (500-1000 cd/m ² ).

Recentemente, un team di ricerca guidato dal Prof. Di Dawei del College of Optical Science and Engineering della Zhejiang University ha scoperto che utilizzando il germanio (Ge), un elemento ecologico del gruppo IV, sostituire parzialmente il piombo nella perovskite, è possibile creare materiali e dispositivi perovskite altamente luminescenti. Un documento correlato intitolato "Diodi emettitori di luce perovskite al piombo germanio" è stato pubblicato dal team il 13 luglio sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

"Nel nostro viaggio verso i LED in perovskite a bassa tossicità, abbiamo cercato metalli alternativi rispettosi dell'ambiente per sostituire il piombo, " ha detto  Di. "è stata una piacevole sorpresa che il germanio, l'elemento tra silicio e stagno (sulla tavola periodica) potrebbe funzionare così bene come sostituzione del piombo per applicazioni LED."

Dottor Yang Dexin, un ricercatore post-dottorato nel gruppo di Di e il primo autore dell'articolo, ha detto "abbiamo usato per studiare l'effetto degli ioni germanio (Ge ²⁺ ) in leghe di tellururo di germanio, e hanno scoperto che gli ioni germanio possono offrire alcuni vantaggi in termini di passivazione dei difetti".

I film sottili di perovskite piombo-germanio hanno mostrato un'elevata efficienza quantica di fotoluminescenza (PLQE) fino al 71%. Questo è stato un miglioramento relativo di circa il 34% rispetto ai film di perovskite a base di Pb preparati in modo simile. Le elevate efficienze di luminescenza derivano dai processi radiativi potenziati e dalla ridotta densità di difetti nelle perovskiti piombo-germanio.

Utilizzando questi materiali, Di e colleghi hanno dimostrato per la prima volta i LED in perovskite al piombo germanio. "Nella nostra dimostrazione iniziale, abbiamo raggiunto efficienze quantistiche esterne fino al 13,1% ad alta luminosità (~1900 cd/m ² ) con una luminosità massima di oltre 10000 cd/m ² . Questo è stato un record di efficienza per i LED in perovskite a tossicità ridotta, " ha detto Yang.

"Anche se è certamente necessario ulteriore lavoro per migliorare le prestazioni e la stabilità del dispositivo, i nostri risultati suggeriscono un percorso promettente verso tecnologie di emissione di luce ecocompatibili basate su semiconduttori di perovskite, " ha detto Di.