Framsteg inom organiska fosforescerande material öppnar nya möjligheter för organiska lysdioder för kombinerade elektronik- och ljusapplikationer, inklusive solceller, fotodioder, optiska fibrer och lasrar.

Medan lågdimensionella självlysande material, som kalciumtitanoxidmineralet perovskit, har lovande optiska egenskaper, deras prestanda är fortfarande otillräcklig jämfört med konventionella organiska lysdioder. En nyligen genomförd studie, publiceras i veckans Tillämpad fysik recensioner , utforskar ett nytt tillvägagångssätt som använder en exciton-inneslutningseffekt för att optimera högeffektiva perovskite-lysdioder.

För att uppnå en effektiv elektroluminiscerande anordning, den måste ha ett högt fotoluminescens-kvantutbyteemissionsskikt, effektiv elektronhålsinjektion och transportlager, och hög ljusutkopplingseffektivitet. Med varje nytt framsteg i emissionslagermaterial, nya funktionella material krävs för att realisera en mer effektiv LED. För att uppnå detta mål, författarna till studien undersökte prestandan hos ett amorft zink-kiseldioxid-oxidsystem skiktat med perovskitkristaller för att förbättra diodprestandan.

"Vi tror att många människor [är] för fokuserade på ett utsläppslager, " sa Hideo Hosono, motsvarande författare till studien. "För en enhet, alla lager är lika viktiga eftersom varje lager har en annan [men] avgörande roll."

Den amorfa zinkkiseloxiden har en ytlig avstämbar elektronaffinitet, kan begränsa excitoner, men också hög elektronrörlighet för att transportera elektroner. Genom att skikta perovskitkristallen och den amorfa zinkkiseloxiden, teamet utvecklade ett sätt att begränsa excitoner och effektivt injicera elektronerna i 3D-perovskitskikten. Energinivåinriktningen mellan skikten visade sig vara ett idealiskt material för detta ändamål.

För att validera sina resultat, laget testade sin skapelse genom att producera blått, röda och gröna perovskite lysdioder, kallas PeLEDs. Den gröna dioden fungerade på den lägsta spänningen (2,9 volt vid 10, 000 candela per kvadratmeter) och var den mest effektiva (33 lumen/watt) och ljusast (500, 000 candela per kvadratmeter). Medan laget producerade den maximala luminansen för röda dioder hittills, belysningen förblev för svag för praktisk användning.

Även om dessa resultat visar löftet om att manipulera elektrontransportskiktets material, utmaningar kvarstår, inklusive stabiliteten hos perovskitmaterial och toxiciteten hos bly i mineralkristallmatrisen. Trots dessa begränsningar, Resultaten erbjuder nya möjligheter att tillämpa detta tillvägagångssätt för att realisera praktiska tillämpningar för perovskit-LED i optoelektroniska enheter.

"För praktiska PeLEDs, nya halogenidemitterande material med kemisk stabilitet och blyfria element behövs i hög grad, sa Junghwan Kim, motsvarande författare på studien. "Om det här problemet är löst, PeLED:erna skulle kommersialiseras för praktisk elektronik i framtiden."