Proprio quando gli appassionati di illuminazione erano in un luogo buio, I LED sono venuti in soccorso. Nell'ultimo decennio, Le tecnologie LED, abbreviazione di diodo a emissione di luce, hanno travolto l'industria dell'illuminazione offrendo caratteristiche come durata, efficienza e lunga durata.

Ora, I ricercatori di ingegneria di Princeton hanno illuminato un'altra strada da percorrere per le tecnologie LED perfezionando la produzione di sorgenti luminose realizzate con sostanze cristalline note come perovskiti, un'alternativa più efficiente e potenzialmente più economica ai materiali utilizzati nei LED che si trovano sugli scaffali dei negozi.

I ricercatori hanno sviluppato una tecnica in cui le particelle di perovskite su scala nanometrica si autoassemblano per produrre in modo più efficiente, LED a base di perovskite stabili e durevoli. Il vantaggio, segnalato il 16 gennaio in Fotonica della natura , potrebbe accelerare l'uso delle tecnologie perovskite in applicazioni commerciali come l'illuminazione, laser e schermi televisivi e di computer.

"Le prestazioni delle perovskiti nelle celle solari sono davvero decollate negli ultimi anni, e hanno proprietà che danno loro molte promesse per i LED, ma l'incapacità di creare film di perovskite di nanoparticelle uniformi e luminosi ha limitato il loro potenziale, ", ha affermato Barry Rand, assistente professore di ingegneria elettrica e dell'Andlinger Center for Energy and the Environment a Princeton.

"La nostra nuova tecnica consente a queste nanoparticelle di autoassemblarsi per creare film a grana ultrafine, un progresso nella fabbricazione che fa sembrare i LED in perovskite una valida alternativa alle tecnologie esistenti, " Randa, il ricercatore capo, aggiunto.

I LED emettono luce quando viene applicata la tensione attraverso il LED. Quando la luce è accesa, la corrente elettrica spinge gli elettroni dal lato negativo del diodo al lato positivo. Questo rilascia energia sotto forma di luce. I LED funzionano meglio quando questa corrente può essere controllata rigorosamente. Nei dispositivi di Rand, i sottili film a base di nanoparticelle consentivano proprio questo.

I LED hanno molti vantaggi rispetto alle lampadine a incandescenza, compresa la durata, vita più lunga, taglia più piccola, efficienza energetica e basso calore. Sebbene siano ancora più costose delle luci fluorescenti per l'illuminazione della stanza, sono più efficienti dal punto di vista energetico, si accendono più velocemente e presentano meno problemi ambientali legati allo smaltimento.

Il team di Rand e altri ricercatori stanno esplorando le perovskiti come una potenziale alternativa a basso costo al nitruro di gallio (GaN) e ad altri materiali utilizzati nella produzione di LED. I LED a basso costo accelereranno l'accettazione delle lampadine, ridurre il consumo di energia e gli impatti ambientali.

La perovskite è un minerale originariamente scoperto a metà del 1800 in Russia e chiamato così in onore del mineralogista russo Lev Perovski. Il termine "perovskite" si estende a una classe di composti che condividono la struttura cristallina del minerale di Perovski, una distinta combinazione di forme cuboide e romboidale.

Le perovskiti mostrano una serie di proprietà intriganti:possono essere superconduttive o semiconduttive, a seconda della loro struttura, che li rende materiali promettenti per l'uso in dispositivi elettrici. Negli ultimi anni, sono stati propagandati come un potenziale sostituto del silicio nei pannelli solari:più economici da produrre pur offrendo la stessa efficienza di alcune celle solari a base di silicio.

Gli strati ibridi di perovskite organica-inorganica sono fabbricati dissolvendo i precursori di perovskite in una soluzione contenente un alogenuro di metallo e un alogenuro di ammonio organico. È un processo relativamente economico e semplice che potrebbe offrire un'alternativa economica ai LED a base di silicio e altri materiali.

Però, mentre i film semiconduttori risultanti potrebbero emettere luce con colori vividi, i cristalli che formano la struttura molecolare dei film erano troppo grandi, che li rendeva inefficienti e instabili.

Nel loro nuovo documento, Rand e il suo team riferiscono che l'uso di un ulteriore tipo di alogenuro di ammonio organico, e in particolare un alogenuro di ammonio a catena lunga, alla soluzione di perovskite durante la produzione ha fortemente limitato la formazione di cristalli nel film. I cristalliti risultanti erano molto più piccoli (circa 5-10 nanometri di diametro) rispetto a quelli generati con metodi precedenti, e le pellicole di perovskite ad alogenuri erano molto più sottili e levigate.

Ciò ha portato a una migliore efficienza quantistica esterna, il che significa che i LED emettono più fotoni per numero di elettroni che entrano nel dispositivo. I film erano anche più stabili di quelli prodotti con altri metodi.

Russel Holmes, un professore di scienza e ingegneria dei materiali presso l'Università del Minnesota, ha affermato che la ricerca di Princeton avvicina i LED a base di perovskite alla commercializzazione.

"La loro capacità di controllare l'elaborazione della perovskite generata ultra-piatta, film sottili nanocristallini adatti per dispositivi ad alta efficienza, " disse Holmes, che non è stato coinvolto nella ricerca. "Questo schema di elaborazione elegante e generale avrà probabilmente un'ampia applicazione ad altri materiali attivi perovskite e piattaforme di dispositivi".