Forschung -

Erhöhte Effizienz und Helligkeit von Perowskit-LEDs

Die Fortschritte bei organischen phosphoreszierenden Materialien eröffnen neue Möglichkeiten für organische LEDs in kombinierten Elektronik- und Lichtanwendungen, einschließlich Solarzellen, Fotodioden, Glasfasern und Laser.

Niedrigdimensionale Leuchtmaterialien wie das Kalcium-Titanoxid-Mineral Perowskit haben zwar vielversprechende optische Eigenschaften, ihre Performance bleibt jedoch im Vergleich zu herkömmlichen organischen LEDs unzureichend.

Eine aktuelle Studie, die in "Applied Physics Reviews" veröffentlicht wurde, untersucht einen neuen Ansatz, bei dem ein Exciton-Confinement-Effekt zur Optimierung hocheffizienter Perowskit-LEDs verwendet wird.

Um ein effizientes elektrolumineszentes Element zu erreichen, muss es über eine Emissionsschicht mit hoher Fotolumineszenzquantenausbeute, effiziente Elektronenlochinjektions- und Transportschichten sowie eine hohe Lichtauskopplungseffizienz verfügen.

Mit jedem neuen Fortschritt bei Emissionsschichtmaterialien werden neue Funktionsmaterialien benötigt, um eine effizientere LED zu realisieren. Um dieses Ziel zu erreichen, untersuchten die Autoren der Studie die Leistung eines amorphen Zink-Silikat-Oxid-Systems, das mit Perowskitkristallen beschichtet ist, um die Diodenleistung zu verbessern.

"Wir denken, dass viele Leute zu sehr auf eine Emissionsschicht fokussiert sind", sagte Hideo Hosono, korrespondierender Autor der Studie. "Für ein Element sind jedoch alle Schichten gleich wichtig, da jede Schicht eine andere, aber entscheidende Rolle spielt."

Das amorphe Zink-Siliziumoxid weist eine flach abstimmbare Elektronenaffinität auf, die Exzitonen begrenzen kann, aber auch eine hohe Elektronenmobilität zum Transport von Elektronen bietet.

Durch die Schichtung des Perowskitkristalls und des amorphen Zink-Siliziumoxids entwickelte das Team eine Möglichkeit, Exzitonen einzugrenzen und die Elektronen effizient in die 3D-Perowskitschichten einzubringen. Die energetische Ausrichtung zwischen den Schichten erwies sich als ideales Material für diesen Zweck.

Um ihre Ergebnisse zu bestätigen, testete das Team ihre Entwicklung, indem es blaue, rote und grüne Perowskit-LEDs, sogenannte PeLEDs, herstellte. Die grüne Diode arbeitete mit der niedrigsten Spannung (2,9 V bei 10.000 Candela pro Quadratmeter) und war das effizienteste (33 Lumen/W) und hellste (500.000 Candela/m2) Element. Während das Team bisher die maximale Leuchtdichte für rote Dioden produzierte, blieb die Beleuchtung für die Praxis zu schwach.

Während diese Ergebnisse zeigen, dass die Manipulation des Elektronentransportschichtenmaterials vielversprechend ist, bleiben Herausforderungen bestehen, einschließlich der Stabilität von Perowskitmaterialien und der Giftigkeit von Blei in der Mineralkristallmatrix.

Trotz dieser Einschränkungen bieten die gewonnenen Erkenntnisse neue Möglichkeiten, diesen Ansatz zur Realisierung praktischer Anwendungen für Perowskit-LEDs in optoelektronischen Geräten anzuwenden.

"Für praktische PeLEDs sind neue halogenidemittierende Materialien mit chemischer Stabilität und bleifreien Elementen dringend erforderlich", sagte Junghwan Kim, Korrespondent der Studie. "Sobald dieses Problem gelöst wird, könnten die PeLEDs in Zukunft für die praktische Elektronik kommerzialisiert werden."

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