Светодиоды следующего поколения постепенно вытеснят существующие технологии, потому что они станут более доступными, а также будут наносить меньший вред окружающей среде. Именно это доказали исследователи из Университета Линчёпинга в последней научной работе, опубликованной в Nature Sustainability. Фэн Гао. Профессор оптоэлектроники из этого университета, утверждает, что перовскитные светодиоды представляют собой технологию нового поколения, поскольку они не только дешевле и проще в производстве по сравнению с традиционными аналогами, но и способны воспроизводить яркие, насыщенные цвета, что делает их идеальными решениями для экранов.
Однако, чтобы перовскитные светодиоды действительно заменили существующие, одних лишь улучшенных технических характеристик недостаточно. Поэтому группа исследователей под руководством профессора Гао объединила усилия с профессором Олофом Йельмом и доцентом Джоном Лоуренсом Эскеррой из LiU, экспертами в области внедрения экологически устойчивых инноваций на рынок. Совместно они провели комплексное исследование экологического воздействия и экономической целесообразности 18 различных типов перовскитных светодиодов, восполняя существующий пробел в знаниях об этих аспектах. В основе исследования лежал метод оценки жизненного цикла продукции и технико-экономический анализ.
Такой подход требует четкого определения границ системы, то есть, необходимо точно установить, какие затраты и виды воздействия на окружающую среду будут учитываться. В рамках этой системы изучается весь путь продукта, начиная с момента его разработки и заканчивая окончанием срока службы. Жизненный цикл продукта, от «колыбели до могилы», как его часто называют, включает пять основных этапов: производство исходных материалов, изготовление, дистрибуция, использование и утилизация.
Профессор Йельм отмечает, что идеальным сценарием было бы избежать этапа «могилы», то есть утилизации, и ситуация усложняется при учете возможности переработки. Однако проведенное исследование подчеркивает важность фокусировки на повторном использовании органических растворителей и методах производства сырья, особенно если речь идет о редких материалах.
Интересный пример, выявленный в ходе анализа жизненного цикла светодиода, связан с наличием небольшого количества токсичного свинца в перовскитах, который на данный момент необходим для их эффективной работы. Однако, по мнению Йельма, ошибочно зацикливаться исключительно на свинце. Современные светодиоды содержат множество других материалов, включая золото, добыча которого, как подчеркивает ученый, чрезвычайно токсична и энергозатратна, сопровождается выделением вредных побочных продуктов, таких как ртуть и цианид.
Вместо этого, значительное улучшение экологической ситуации можно было бы достичь, заменив золото на более распространенные и менее вредные материалы, такие как медь, алюминий или никель, при этом сохранив минимально необходимое количество свинца для обеспечения оптимальной работы светодиода.
Исследователи уверены, что перовскитные светодиоды обладают значительным потенциалом для коммерциализации в долгосрочной перспективе и, возможно, смогут вытеснить существующие технологии благодаря своей экономической выгоде и сниженному воздействию на окружающую среду. Ключевым вопросом остается увеличение срока службы перовскитных светодиодов, однако разработки в этой области стремительно развиваются, и долговечность устройств постоянно растет.
По мнению ученых, для достижения положительного экологического эффекта, срок службы перовскитных светодиодов должен достичь примерно 10 000 часов, что, по их оценкам, является вполне достижимой целью. На сегодняшний день лучшие образцы демонстрируют сотни часов работы.
Муйи Чжан, докторант факультета физики, химии и биологии LiU, отмечает, что в настоящее время большая часть исследований направлена на улучшение технических характеристик светодиодов, однако, по его мнению, фокус внимания будет смещаться. Он подчеркивает, что для успешного внедрения разработок в реальную жизнь, исследователям необходимо расширить свой взгляд. Продукт с выдающимися техническими характеристиками, но при этом дорогой и неэкологичный, может оказаться неконкурентоспособным на рынке. Именно такой комплексный подход, по мнению Чжана, будет все больше определять направление будущих исследований.