Светодиодная революция
Светодиодная технология, то есть светодиоды, произвела революцию на рынках освещения и дисплея не только потому, что она намного более эффективна с точки зрения энергопотребления, чем любая предыдущая светоизлучающая технология.
MicroLED на основе неорганических «сложных» полупроводников позволяют создавать дисплеи с беспрецедентным разрешением. В то же время органические светодиодные полупроводники (OLED) обеспечивают непревзойденное качество цвета и диапазон хорошей видимости почти на 180 градусов, а также могут использоваться для создания гибких, чрезвычайно легких дисплеев.
В последнем номере еженедельника Nature в двух статьях сообщается о создании новой ветви семейства светодиодов, на основе полупроводников, называемых перовскитами. Эффективность, с которой светодиоды на основе перовскита (PLED) производят свет, сопоставима с эффективностью, с которой работают лучшие OLED, и это эффект, достигнутый после всего лишь четырех лет работы над ними, что говорит о том, что можно достичь многого.
В последние годы Perowskites произвел сенсацию в мире науки прежде всего как большая надежда на дешевые и эффективные солнечные батареи, но их потенциальное использование в других областях, таких как датчики света и светодиоды, также получило признание. Ключевым моментом является то, что перовскиты могут быть адаптированы к решениям с низкими затратами и не требующими особо передовых технологий. Они хорошо работают в оптоэлектронных устройствах с простейшей технологией производства. Это означает, что даже большие устройства на основе перовскитов могут быть изготовлены очень дешево и с низким уровнем так называемой серой энергии.
Перовскит в лабораториях
Две группы ученых публикуют свои исследования по технологии PLED - одна под руководством Ю Цао из Нанкинского технического университета и собирает в основном исследователей этого университета, а другая, гораздо более интернациональная, собирает исследователей из Китая, Сингапура и Канады - первым автором этой публикации является Кебин Лин , Аспирант из университета Хуацяо в Сямыне, Китай.
Обе команды независимо друг от друга разработали технологию PLED до уровня, который преодолевает важный технологический барьер: внешнюю квантовую эффективность устройств, использующих ее, то есть отношение числа произведенных фотонов к числу электронов, используемых в этом процессе, составляет более 20 процентов.
Есть некоторые сходства между механизмами, описанными обеими командами. Наиболее важным является то, что в обоих случаях активный (эмиссионный) слой перовскита имеет толщину около 200 нанометров и расположен между двумя относительно простыми электродами. Эта форма называется структурой поверхности и является наиболее простым способом заказа диодов из материала мембран.
Электроды модифицированы, чтобы удостовериться, что электроны и псевдочастицы, называемые электронными дырками, были правильно установлены и прилипают к полупроводнику. Как и во всех светодиодах, когда электрон сталкивается с дыркой, он выделяет энергию в форме фотонов в процессе, называемом рекомбинацией излучения.
Другое сходство обоих решений состоит в том, что слои перовскита были приготовлены с использованием раствора, из которого полупроводники кристаллизовались с образованием светодиодных эмиссионных элементов. Команда Yu Cao использовала перовскит йодида свинца формамидиния, смешанный с добавлением аминокислоты, чтобы контролировать размер и форму получаемого кристалла перовскита.
Группа Нанкинского технического университета сосредоточила свое внимание на так называемой проблеме разветвления, хорошо известной тем, кто работает с тонкопленочными светодиодами, такими как PLED и OLED. Проблема разорванного соединения состоит в том, что специфическая оптическая физика диодов означает, что от 70 до 80 процентов света, генерируемого полупроводником, вообще не выделяется из устройства. Работая над технологией OLED, для решения этой проблемы было опробовано множество различных стратегий, таких как использование дефракционных решеток и устройств для выпучивания.
Команда Ю Цао подошла к этому вопросу гораздо проще, оптимизировав условия обработки перовскита, чтобы эмиссионный слой самопроизвольно формировался в отдельные пластины с субмикрометрическими кристаллами. Компьютерное моделирование, выполненное авторами публикации, показало, что субмикрометрическое структурирование увеличивает световую фракцию, что делает излучающий слой устройства эффективностью 30 процентов, по сравнению с 22 процентами для соответствующего устройства с «плоскими слоями». В сочетании с уменьшением нерадиационных потерь вся процедура приводит к внешней квантовой эффективности 20,7 процента и, таким образом, превышает технологический барьер EQE на 20 процентов.