Forskare vid LiU som arbetar med kollegor från Kina har visat hur man uppnår effektiva perovskite lysdioder (LED). I en artikel publicerad i Naturkommunikation , de ger riktlinjer för tillverkning av högkvalitativa perovskitljussändare, och följaktligen högeffektiva perovskite-lysdioder.

Halidperovskiterna, som definieras av sina kristallstrukturer, kan enkelt framställas genom billig lösningsbearbetning från prekursorlösning innefattande metallhalogenider och organiska halogenider. De resulterande perovskiterna har utmärkta optiska och elektriska egenskaper, vilket gör dem till lovande kandidater för olika typer av optoelektroniska enheter, som solceller, Lysdioder och fotodetektorer.

Eftersom lösningsbehandlade perovskiter innehåller stora mängder defekter, som mestadels är lediga platser i halogen, effektiv kontroll av perovskitens kristallinitet krävs för högpresterande optoelektroniska enheter. Forskargruppen vid LiU, under ledning av universitetslektor Feng Gao, i samarbete med forskare från Nanjing Tech University, och Soochow University i Kina, har nu studerat hur prekursorkomponenterna och gränssnitten påverkar kristallisationsprocessen av perovskiter.

"Vi och flera andra grupper fann att att helt enkelt införa en extra mängd organiska halogenider i prekursorn kan hjälpa till att passivera defekterna och uppnå mycket emitterande perovskitfilmer", säger Zhongcheng Yuan, Ph.D. student vid institutionen för fysik, Kemi och biologi (IFM) vid LiU, vem är den första författaren till artikeln. Överskott av organiska halogenider, dock, hämma perovskitkristallisationen, vilket resulterar i lågkonduktiva perovskitemissionsskikt och lysdioder med dålig prestanda.

Forskarna har nu löst detta dilemma genom att stödja perovskitkristallisationen med en metalloxid, ZnO, som hjälper till att ta bort ett lämpligt antal av de extra organiska katjonerna, vilket gör det möjligt för bättre kristallisation. Artikeln i Nature Communications visar hur kemiska reaktioner mellan olika metalloxidskikt och perovskitskikt påverkar egenskaperna hos de tunna filmerna av perovskiter, och följaktligen prestanda hos lysdioder.

"Vi uppnår den exakta kontrollen genom att dra fördel av den grundläggande naturen hos zinkoxid, som selektivt kan ta bort de oönskade organiska katjonerna samtidigt som de önskade halidanjonerna lämnas kvar, säger Sai Bai, forskarassistent vid institutionen för fysik, Kemi och biologi (IFM) vid LiU. Han och Feng Gao är huvudförfattarna till artikeln.

Denna nya upptäckt, i kombination med tidigare resultat från samma grupp om hantering av defekter i perovskiter, har tillåtit dem att tillverka effektiva perovskit-ljusavgivande filmer i laboratoriet. De resulterande enheterna ger nära-infraröda lysdioder med en kvanteffektivitet på 19,6 %, dvs 19,6 % av elektronerna som tillförs enheten emitteras som ljus (fotoner), vilket är bland de bästa prestanda för perovskite lysdioder i världen.

"Perovskite lysdioder är ett lovande område. Snabba genombrott har setts under de senaste 5 åren, men detta område är fortfarande nytt och mycket mer arbete måste göras innan de kan tillverkas kommersiellt i stor skala. En kritisk aspekt som behöver förbättras är enhetens stabilitet, " säger Feng Gao.