Il diodo a emissione di luce perovskite (LED perovskite) è una nuova generazione di tecnologia a emissione di luce con un grande potenziale in display, illuminazione, comunicazione e altri campi.I LED perovskite hanno bassi costi di produzione e vantaggi tecnici significativi: hanno le caratteristiche di leggerezza, sottigliezza e flessibilità simili agli OLED e hanno anche una purezza del colore e una sintonizzazione spettrale simili ai LED a semiconduttore III-V.Dopo solo pochi anni di sviluppo, l'efficienza della perovskiteLEDè paragonabile a quello delle tecnologie di emissione di luce mature.
Struttura del dispositivo LED in perovskite (in alto a sinistra);
Formula chimica dello stabilizzatore molecolare bipolare SFB10 (in basso a sinistra)
Relazione tra durata del dispositivo T50 e radianza (grafico a destra)
Tuttavia, analogamente alle celle solari in perovskite, l'instabilità dei LED in perovskite è la sfida più grande per la realizzazione di applicazioni industriali.Attualmente, la durata dei LED perovskite ad alte prestazioni è generalmente dell'ordine di 10-100 ore.La durata di vita necessaria affinché la tecnologia OLED entri nell'industrializzazione è di almeno 10.000 ore.Ci sono sfide significative in questa direzione perché i semiconduttori di perovskite possono essere intrinsecamente instabili.È buono perDisplay a LED.La sua struttura cristallina ha notevoli proprietà ioniche e gli ioni si muovono facilmente sotto il campo elettrico applicato del LED, provocando il degrado del materiale.
Recentemente, il team del professor David Di e del ricercatore Zhao Baodan del State Key Laboratory of Modern Optical Instruments, School of Optoelectronics, Zhejiang University e
L'International Research Center of Advanced Photonics, Haining International Campus, ha compiuto importanti progressi in questa direzione.Usando uno stabilizzatore molecolare bipolare, hanno raggiunto durate operative ultra lunghe nei LED di perovskite che soddisfano le esigenze delle applicazioni pratiche.
"Questi LED di perovskite sono stati alimentati da una corrente costante di 5 mA/c㎡ per 5 mesi consecutivi (3600 ore) senza alcun calo di luminosità", ha affermato David Dee.Percezione LED.PerP1.56Display a LED.Questi dispositivi sono molto stabili e alcuni test ancora in corso sembrano essere difficili da completare entro un anno o più.Per ottenere dati sulla durata entro un ragionevole periodo sperimentale, è necessario eseguire esperimenti di invecchiamento accelerato dei LED”.
Questi LED perovskite nel vicino infrarosso presentano una durata operativa estremamente lunga.Ad esempio, con una radianza iniziale di 2,1 W sr-1 m-2 (corrente di 3,2 mA/c㎡), la durata stimata del dispositivo T50 (il tempo necessario affinché la radianza iniziale diminuisca al 50%) è di 32675 ore ( 3,7 anni).La potenza ottica fornita da questa radianza è paragonabile a quella di un OLED verde commerciale che opera a un'elevata luminosità di 1000 cd/m2.Con una radianza inferiore di 0,21 W sr-1 m-2 (1/10 della luminosità sopra) o una corrente di 0,7 mAc㎡, la durata del T50 è stimata in 2,4 milioni di ore (circa 270 anni).
"Riteniamo che sia necessario eseguire un'analisi affidabile della durata di questo nuovo LED, per il quale abbiamo raccolto 62 punti dati sulla durata del dispositivo in esperimenti di invecchiamento accelerato, coprendo la più ampia densità di corrente possibile nell'intervallo 10-200 mA/c㎡".Guo Bingbing ha detto.L'efficienza quantica esterna dell'elettroluminescenza (EQE) e l'efficienza di conversione energetica (ECE) del dispositivo hanno raggiunto rispettivamente il 22,8% e il 20,7%, che sono le massime efficienze dei LED perovskite nel vicino infrarosso.
Gli autori hanno scoperto che questi materiali luminescenti perovskite hanno strutture cristalline molto stabili."La struttura cristallina del materiale non è cambiata dopo più di 322 giorni", ha detto Zhao Baodan.
Esperimenti di lavoro a lungo termine e invecchiamento accelerato di LED perovskite (immagine a sinistra);
Dati sull'efficienza quantistica esterna dei dispositivi di controllo e stabilizzati (pannello di destra)
"Questo dimostra che lo stabilizzatore molecolare bipolare aiuta la perovskite a mantenere la sua fase cristallina originale con eccellenti proprietà optoelettroniche. La struttura cristallina dei campioni di perovskite di controllo trattati è cambiata in modo significativo e si è degradata entro due settimane".
La migrazione ionica nelle perovskiti è uno dei fattori importanti che portano all'instabilità e questo problema diventa più serio sotto l'influenza della tensione applicata nei LED eMini display a LED."I nostri esperimenti e calcoli mostrano che le molecole bipolari creano legami chimici o interazioni con gli ioni ai bordi dei grani di perovskite", ha affermato Guo Bingbing, "il che potrebbe essere il motivo per cui la migrazione degli ioni diventa difficile nelle nostre perovskiti". fuori con i nostri collaboratori hanno mostrato la soppressione del fenomeno del movimento ionico", ha aggiunto Zhao Baodan.
I risultati della durata del dispositivo mostrano che i materiali di perovskite non hanno "difetti genetici" in termini di stabilità."I nuovi semiconduttori, come le perovskiti agli alogenuri metallici, sono ampiamente considerati intrinsecamente instabili, specialmente in campi elettrici relativamente elevati, come nelle applicazioni LED", ha affermato David Dee."I nostri risultati mostrano che il raggiungimento di dispositivi di perovskite stabili non è una 'missione impossibile'".
Si prevede che la durata ultra lunga del dispositivo aumenterà la fiducia nel campo dei LED perovskite, poiché ha soddisfatto il requisito fondamentale di stabilità per gli OLED commerciali.Questi LED nel vicino infrarosso possono essere utilizzati in applicazioni come display nel vicino infrarosso, comunicazioni e biologia.Anche se devono ancora essere sviluppati dispositivi di perovskite a luce visibile con simili durate di vita, la realizzazione di LED di perovskite ultra stabili apre la strada all'ingresso della tecnologia di luminescenza della perovskite nelle applicazioni industriali.
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Osservazione dell'effetto di migrazione ionica della perovskite sotto campo elettrico mediante esperimento di imaging in microfluorescenza
Tempo di pubblicazione: 24 agosto-2022