La diode électroluminescente pérovskite (LED pérovskite) est une nouvelle génération de technologie électroluminescente avec un grand potentiel dans l'affichage, l'éclairage, la communication et d'autres domaines.Les LED à pérovskite ont de faibles coûts de production et des avantages techniques importants : elles ont des caractéristiques de légèreté, de finesse et de flexibilité similaires aux OLED, et ont également une pureté de couleur et une accordabilité spectrale similaires aux LED à semi-conducteur III-V.Après seulement quelques années de développement, l'efficacité de la pérovskiteLEDest comparable à celle des technologies d'émission de lumière matures.
Structure du dispositif LED pérovskite (en haut à gauche);
Formule chimique du stabilisant moléculaire bipolaire SFB10 (en bas à gauche)
Relation entre la durée de vie T50 de l'appareil et l'éclat (graphique de droite)
Cependant, à l'instar des cellules solaires à pérovskite, l'instabilité des LED à pérovskite est le plus grand défi pour la réalisation d'applications industrielles.À l'heure actuelle, la durée de vie des LED à pérovskite hautes performances est généralement de l'ordre de 10 à 100 heures.La durée de vie nécessaire pour que la technologie OLED entre en industrialisation est d'au moins 10 000 heures.Il existe des défis importants dans cette direction car les semi-conducteurs pérovskites peuvent être intrinsèquement instables.c'est bon pourAffichage LED.Sa structure cristalline a des propriétés ioniques importantes et les ions se déplacent facilement sous le champ électrique appliqué de la LED, provoquant la dégradation du matériau.
Récemment, l'équipe du professeur David Di et du chercheur Zhao Baodan du State Key Laboratory of Modern Optical Instruments, School of Optoelectronics, Zhejiang University et le
Le Centre international de recherche en photonique avancée, Haining International Campus, a fait d'importantes percées dans cette direction.À l'aide d'un stabilisateur moléculaire bipolaire, ils ont obtenu des durées de vie ultra-longues dans les LED à pérovskite qui répondent aux besoins des applications pratiques.
"Ces LED à pérovskite ont été alimentées par un courant constant de 5 mA/c㎡ pendant 5 mois consécutifs (3600 heures) sans baisse de luminosité", a déclaré David Dee.Perception des LED.PourP1.56Affichage LED.Ces appareils sont très stables et certains tests encore en cours semblent difficiles à terminer en un an ou plus.Afin d'obtenir des données de durée de vie dans une période expérimentale raisonnable, des expériences de vieillissement accéléré des LED doivent être menées.
Ces LED pérovskites proches de l'infrarouge présentent des durées de vie ultra-longues.Par exemple, avec un rayonnement initial de 2,1 W sr-1 m-2 (courant de 3,2 mA/c㎡), la durée de vie estimée de l'appareil T50 (le temps nécessaire pour que le rayonnement initial diminue à 50 %) est de 32 675 heures ( 3,7 ans).La puissance optique fournie par ce rayonnement est comparable à une OLED verte commerciale fonctionnant à une luminosité élevée de 1000 cd/m2.À un rayonnement inférieur de 0,21 W sr-1 m-2 (1/10 de la luminosité ci-dessus) ou un courant de 0,7 mAc㎡, la durée de vie T50 est estimée à 2,4 millions d'heures (environ 270 ans).
"Nous pensons qu'il est nécessaire d'effectuer une analyse fiable de la durée de vie de cette nouvelle LED, pour laquelle nous avons collecté 62 points de données sur la durée de vie de l'appareil dans des expériences de vieillissement accéléré, couvrant la plage de densité de courant la plus large possible de 10 à 200 mA/c㎡."dit Guo Bingbing.L'efficacité quantique externe d'électroluminescence (EQE) et l'efficacité de conversion d'énergie (ECE) de l'appareil ont atteint respectivement 22,8 % et 20,7 %, qui sont les rendements les plus élevés des LED à pérovskite proche infrarouge.
Les auteurs ont découvert que ces matériaux luminescents pérovskites ont des structures cristallines très stables."La structure cristalline du matériau n'a pas changé après plus de 322 jours", a déclaré Zhao Baodan.
Expériences de travail de longue durée et de vieillissement accéléré de LED à pérovskite (image de gauche) ;
Données d'efficacité quantique externe des dispositifs de contrôle et stabilisés (panneau de droite)
"Cela montre que le stabilisateur moléculaire bipolaire aide la pérovskite à maintenir sa phase cristalline d'origine avec d'excellentes propriétés optoélectroniques. La structure cristalline des échantillons de pérovskite témoins traités a changé de manière significative et s'est dégradée en deux semaines."
La migration des ions dans les pérovskites est l'un des facteurs importants conduisant à l'instabilité, et ce problème devient plus grave sous l'influence de la tension appliquée dans les LED etMini-écran LED."Nos expériences et nos calculs montrent que les molécules bipolaires créent des liaisons chimiques ou des interactions avec les ions aux limites des grains de pérovskite", a déclaré Guo Bingbing, "ce qui peut être la raison pour laquelle la migration des ions devient difficile dans nos pérovskites. "Les expériences électriques et optiques que nous avons menées avec nos collaborateurs ont montré la suppression du phénomène de mouvement des ions », a ajouté Zhao Baodan.
Les résultats de la durée de vie de l'appareil montrent que les matériaux pérovskites n'ont pas de "défauts génétiques" en termes de stabilité."Les nouveaux semi-conducteurs, tels que les pérovskites aux halogénures métalliques, sont largement considérés comme intrinsèquement instables, en particulier à des champs électriques relativement élevés, comme dans les applications LED", a déclaré David Dee."Nos résultats montrent que la réalisation de dispositifs à pérovskite stables n'est pas une" mission impossible "".
La durée de vie ultra-longue de l'appareil devrait renforcer la confiance dans le domaine des LED à pérovskite, car il a satisfait à l'exigence de base de stabilité pour les OLED commerciales.Ces LED proche infrarouge peuvent être utilisées dans des applications telles que les écrans proche infrarouge, les communications et la biologie.Bien que des dispositifs à pérovskite à lumière visible avec des durées de vie similaires restent à développer, la réalisation de LED à pérovskite ultra-stables ouvre la voie à la technologie de luminescence à la pérovskite pour entrer dans les applications industrielles.
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Observation de l'effet de migration ionique de la pérovskite sous champ électrique par expérience d'imagerie par microfluorescence
Heure de publication : 24 août 2022