I ricercatori hanno stabilito un nuovo record di efficienza per i LED basati su semiconduttori di perovskite, rivaleggiando con quello dei migliori LED organici (OLED).

Rispetto agli OLED, che sono ampiamente utilizzati nell'elettronica di consumo di fascia alta, i LED a base di perovskite, sviluppato da ricercatori dell'Università di Cambridge, possono essere realizzati a costi molto inferiori, e può essere sintonizzato per emettere luce attraverso gli spettri del visibile e del vicino infrarosso con un'elevata purezza del colore.

I ricercatori hanno progettato lo strato di perovskite nei LED per mostrare un'efficienza di luminescenza interna vicina al 100%, aprendo future applicazioni nel display, illuminazione e comunicazioni, così come le celle solari di nuova generazione.

Questi materiali di perovskite sono dello stesso tipo di quelli trovati per produrre celle solari altamente efficienti che potrebbero un giorno sostituire le celle solari al silicio commerciali. Sebbene i LED a base di perovskite siano già stati sviluppati, non sono stati così efficienti come gli OLED convenzionali nel convertire l'elettricità in luce.

LED perovskite ibrida precedenti, sviluppato per la prima volta dal gruppo del professor Sir Richard Friend presso il Laboratorio Cavendish dell'Università quattro anni fa, promettevano, ma perdite dallo strato di perovskite, causati da minuscoli difetti nella struttura cristallina, limitato la loro efficienza di emissione di luce.

Ora, I ricercatori di Cambridge dello stesso gruppo e i loro collaboratori hanno dimostrato che formando uno strato composito di perovskiti insieme a un polimero, è possibile ottenere efficienze di emissione luminosa molto più elevate, vicino al limite di efficienza teorica degli OLED a film sottile. I loro risultati sono riportati sulla rivista Fotonica della natura .

"Questa struttura in polimero di perovskite elimina efficacemente le perdite non emissive, la prima volta che questo è stato ottenuto in un dispositivo a base di perovskite, " ha detto il dottor Dawei Di del Cavendish Laboratory di Cambridge, uno degli autori corrispondenti dell'articolo. "Mescolando i due, possiamo sostanzialmente impedire agli elettroni e alle cariche positive di ricombinarsi attraverso i difetti nella struttura della perovskite".

La miscela perovskite-polimero utilizzata nei dispositivi LED, noto come eterostruttura di massa, è costituito da componenti di perovskite bidimensionali e tridimensionali e da un polimero isolante. Quando un laser ultraveloce viene puntato sulle strutture, coppie di cariche elettriche che trasportano energia si spostano dalle regioni 2-D alle regioni 3-D in un trilionesimo di secondo:molto più velocemente delle precedenti strutture di perovskite a strati utilizzate nei LED. Le cariche separate nelle regioni 3D si ricombinano ed emettono luce in modo estremamente efficiente.

"Poiché la migrazione di energia dalle regioni 2-D alle regioni 3-D avviene così rapidamente, e le cariche nelle regioni 3-D sono isolate dai difetti dal polimero, questi meccanismi impediscono che i difetti vengano coinvolti, prevenendo così la perdita di energia, " ha detto Di.

"Le migliori efficienze quantistiche esterne di questi dispositivi sono superiori al 20% alle densità di corrente rilevanti per le applicazioni di visualizzazione, stabilendo un nuovo record per i LED in perovskite, che è un valore di efficienza simile ai migliori OLED oggi sul mercato, " disse Baodan Zhao, il primo autore dell'articolo.

Mentre i LED a base di perovskite iniziano a competere con gli OLED in termini di efficienza, hanno ancora bisogno di una maggiore stabilità se devono essere adottati nell'elettronica di consumo. Quando i LED a base di perovskite furono sviluppati per la prima volta, avevano una vita di pochi secondi. I LED sviluppati nell'attuale ricerca hanno un'emivita vicina alle 50 ore, che è un enorme miglioramento in soli quattro anni, ma ancora lontana dalla durata richiesta per le applicazioni commerciali, che richiederà un vasto programma di sviluppo industriale. "Comprendere i meccanismi di degradazione dei LED è una chiave per miglioramenti futuri, " ha detto Di.