Forskare vid Linköpings universitet, arbeta med kollegor i Storbritannien, Kina och Tjeckien, har utvecklat en perovskite light-emitting diode (LED) med både hög effektivitet och lång driftsstabilitet. Resultatet har publicerats i Naturkommunikation .

"Ljusemitterande dioder baserade på perovskiter är fortfarande inte tillräckligt stabila för praktisk användning, men vi har fört dem ett steg närmare, " säger professor Feng Gao, och forskningschef vid avdelningen för biomolekylär och organisk elektronik, Linköpings universitet.

Perovskiter är en stor familj av halvledande material som har väckt intresse hos forskare runt om i världen. Deras speciella kristallstruktur gör att de har utmärkta optiska och elektroniska egenskaper, samtidigt som de är både enkla och billiga att tillverka. De flesta framsteg har gjorts inom forskning om användningen av perovskiter i solceller, men de är också väl lämpade för tillverkning av lysdioder.

Effektiviteten hos lysdioderna, som mäter andelen laddningsbärare som tillförs materialet som sedan emitteras som ljus, har ökat avsevärt de senaste åren, och kommer snart att nå konkurrerande teknik. Dom är, dock, inte särskilt stabil, vilket innebär att de än så länge inte kan användas i praktiken.

"Mycket återstår att göra. Tills nu, de flesta perovskite-lysdioder har antingen låg effektivitet eller dålig enhetsstabilitet, " säger Xiao-Ke LiU, forskarassistent vid avdelningen för biomolekylär och organisk elektronik. Han och Feng Gao är huvudförfattarna till artikeln.

Många forskargrupper har arbetat med detta dilemma, utan särskild framgång. Nu, forskare vid LiU, arbeta med kollegor i Storbritannien, Kina och Tjeckien, har hittat en väg framåt. De har använt en perovskit som består av bly, jod och ett organiskt ämne, formamidinium. De har sedan bäddat in perovskiten i en organisk molekylmatris för att bilda en sammansatt tunn film.

"Denna molekyl med två aminogrupper i sina ändar hjälper de andra ämnena att bilda en högkvalitativ kristallstruktur som är karakteristisk för perovskiter, och gör kristallen stabil, " säger Heyong Wang, doktorand vid avdelningen för biomolekylär och organisk elektronik.

Den nya tunna kompositfilmen har gjort det möjligt för forskargruppen att utveckla lysdioder med en effektivitet på 17,3 % med lång halveringstid, cirka 100 timmar.

Perovskiter som innehåller bly och en halogen, i detta fall jod, har de bästa ljusavgivande egenskaperna.

"Vi skulle väldigt gärna vilja bli av med ledningen. Hittills har vi inte hittat något bra sätt att göra det här, men vi jobbar hårt på det, säger Feng Gao.

Nästa steg är att testa nya kombinationer av olika perovskiter och organiska molekyler och att i detalj förstå hur kärnbildnings- och kristallisationsprocesserna sker. Olika perovskiter ger ljus vid olika våglängder, vilket är ett krav för det långsiktiga målet att få vitt ljus LED.