Forskare vid Linköpings universitet, Sverige, har utvecklat effektiva blå lysdioder baserade på halogenidperovskiter. "Vi är mycket glada över detta genombrott, " säger Feng Gao, professor vid Linköpings universitet. De nya lysdioderna kan öppna vägen för billig och energieffektiv belysning.

Belysning står för cirka 20 % av den globala elförbrukningen, en siffra som skulle kunna reduceras till 5 % om alla ljuskällor bestod av lysdioder (LED). De blå-vita lysdioderna som används för närvarande, dock, behöver komplicerade tillverkningsmetoder och är dyra, vilket gör det svårare att uppnå en global omställning.

Lysdioder tillverkade av halidperovskiter kan vara ett billigare och mer miljövänligt alternativ för både belysning och LED-baserade monitorer. Perovskiter är en familj av halvledande material som definieras av sin kubiska kristallstruktur. De har goda ljusavgivande egenskaper och är lätta att tillverka. Med hjälp av element från halogengruppen, dvs fluor, klor, brom och jod, perovskiter kan ges egenskaper som beror på kristallens kemiska sammansättning.

Lysdioder för grönt och rött ljus har redan skapats med perovskites, men en färg, blå, har hittills saknats, vilket gör det omöjligt att uppnå vitt ljus.

"Blå ljus är nyckeln till att föra ljusavgivande perovskiter till praktiska tillämpningar. Vårt senaste genombrott är ett steg på vägen, " säger Feng Gao, professor vid institutionen för fysik, Kemi och biologi vid Linköpings universitet.

Feng Gaos forskargrupp, i samarbete med kollegor i Lund, Storbritannien, Tyskland, Kina och Danmark, har lyckats skapa halogenidperovskiter som ger stabil emission i våglängdsområdet 451-490 nanometer – motsvarande djupblå till himmelsblå färger. Max Karlsson är doktorand vid Linköpings universitet och medförfattare till artikeln som nu publiceras i Naturkommunikation . Han säger:

"Metalhalogenidperovskiter är lätta att färgjustera över hela det synliga spektrumet genom enkel legering. Tyvärr, och en blå lysdiod blir grön under drift. Vi har hittat en metod som kan förhindra denna färgförskjutning genom att kontrollera filmkristallisationsdynamiken när perovskiten skapas. Dessa fynd banar väg för stabila perovskitlegeringar, inte bara för lysdioder utan även för solceller."

Utmaningen med att skapa blått ljus i perovskiter är att det kräver en kemisk sammansättning med en stor fraktion av klorid, vilket gör perovskiten instabil. Blå perovskite-baserade lysdioder har tidigare skapats med hjälp av vad som kallas "kvantinneslutningstekniken, " vilket ger lågintensiva lysdioder med dålig effektivitet. stabila perovskiter med önskad mängd klorid kan skapas med hjälp av "ångassisterad kristallisationsteknik". Vidare, Linköpings universitets forskare har uppnått en energieffektivitet på upp till 11 % för de blå perovskitbaserade lysdioderna.

"Vi har visat att blå ljusemitterande dioder baserade på halogenidperovskiter kan vara både effektiva och stabila över ett brett spektrum, utan att använda kvantinneslutning. Vi har lyckats skapa en av de mest effektiva blå perovskit-baserade lysdioderna hittills kända, " säger Weidong Xu, postdoc vid Linköpings universitet.

Vetenskapen om perovskiter är ett relativt nytt forskningsfält som har väckt stort internationellt intresse, eftersom det erbjuder en stor potential för att utveckla billiga och effektiva material. Feng Gao, dock, är snabba med att påpeka att det arbete de har gjort är grundforskning, och ansökningar är fortfarande en bit kvar i framtiden.

"Perovskite LED är en ung teknik och har en bit kvar innan de ser dagens ljus. För närvarande, den korta livslängden och den dåliga prestandan för blå lysdioder är de största hindren för perovskite lysdioder innan de kan börja konkurrera med existerande teknologier såsom lysdioder baserade på organiska och oorganiska halvledare. Vi kommer att fortsätta arbeta med det för att göra PeLEDs jämförbara med andra teknologier, " säger Feng Gao.