На освещение приходится примерно 20% мирового потребления электроэнергии, и этот показатель можно было бы снизить до 5%, если бы все источники света состояли из светодиодов. Однако сине-белые светодиоды, которые используются в настоящее время, требуют сложных методов производства и дороги, что затрудняет глобальный переход.
Светодиоды, изготовленные из галогенидных перовскитов, могут быть более дешевой и экологически чистой альтернативой как для освещения, так и для светодиодных мониторов. Перовскиты – это семейство полупроводниковых материалов, определяемых их кубической кристаллической структурой.
Они обладают хорошими светоизлучающими свойствами и просты в изготовлении. Используя элементы из группы галогенов, i.е. фтора, хлора, брома и йода, перовскитам можно придать свойства, которые зависят от химического состава кристалла.
Светодиоды для зеленого и красного света уже созданы из перовскитов, но пока не хватает одного цвета, синего, что делает невозможным получение белого света.
"Синий свет – ключ к практическому применению светоизлучающих перовскитов. Наш последний прорыв – это еще один шаг вперед », – говорит Фэн Гао, профессор кафедры физики, химии и биологии Университета Линчёпинга.
Исследовательской группе Фенга Гао в сотрудничестве с коллегами из Лунда, Великобритании, Германии, Китая и Дании, удалось создать галогенидные перовскиты, которые дают стабильное излучение в диапазоне длин волн 451-490 нанометров, что соответствует цветам от темно-синего до небесно-голубого. Макс Карлссон – докторант Университета Линчёпинга и первый автор статьи, опубликованной в Nature Communications. Он говорит:
"Металлогалогенные перовскиты легко настраиваются по цвету во всем видимом спектре путем простого легирования. К сожалению, они демонстрируют расслоение, и во время работы синий светодиод становится зеленым.
Мы нашли метод, который может предотвратить это изменение цвета, контролируя динамику кристаллизации пленки при создании перовскита. Эти открытия открывают путь к созданию стабильных перовскитных сплавов не только для светодиодов, но и для солнечных элементов."
Проблема создания синего света в перовскитах заключается в том, что для этого требуется химический состав с большой долей хлоридов, что делает перовскит нестабильным. Синие светодиоды на основе перовскита ранее создавались с использованием так называемого «метода квантового ограничения», который дает светодиоды низкой интенсивности с низкой эффективностью. Однако стабильные перовскиты с желаемым количеством хлоридов могут быть созданы с помощью метода паровой кристаллизации."Кроме того, исследователи из Университета Линчёпинга достигли КПД до 11% для синих светодиодов на основе перовскита.
«Мы показали, что синие светодиоды на основе галогенидных перовскитов могут быть эффективными и стабильными в широком спектре без использования квантового ограничения.
Нам удалось создать один из самых эффективных до сих пор известных светодиодов на основе синего перовскита », – говорит Вейдун Сюй, постдок из Университета Линчепинга.
Наука о перовскитах – относительно новая область исследований, которая вызвала большой международный интерес, поскольку она предлагает большой потенциал для разработки дешевых и эффективных материалов. Фэн Гао, однако, сразу же отмечает, что проделанная ими работа является фундаментальным исследованием, и в будущем до ее применения еще далеко.
"Перовскитовые светодиоды – это молодая технология, и им предстоит пройти долгий путь, прежде чем они увидят свет. В настоящее время короткий срок службы и плохие характеристики синих светодиодов являются основными препятствиями для перовскитных светодиодов, прежде чем они смогут начать конкурировать с существующими технологиями, такими как светодиоды на основе органических и неорганических полупроводников.
Мы продолжим работать над этим, чтобы сделать PeLED сопоставимыми с другими технологиями », – говорит Фэн Гао.
Источники финансирования исследований включают стартовый грант ERC, Шведский исследовательский совет, Шведское энергетическое агентство и через Шведское направление стратегических исследований в области передовых функциональных материалов (AFM) в Университете Линчёпинга.