Metallhalogenidperovskiter är en ny klass av halvledarmaterial för LED-skärmar och solenergiskörd. Dock, de bäst presterande enheterna är ofta gjorda av bly (Pb)-baserade perovskiter, vars toxicitet kan orsaka potentiella miljöproblem. För att lösa toxicitetsproblemet, en effektiv metod har varit användningen av tenn (Sn) som en partiell eller fullständig ersättning av bly i perovskitmaterialen. Denna strategi har varit särskilt framgångsrik för perovskitsolceller. Dock, tennbaserade (inklusive tenn-bly) perovskitmaterial är i allmänhet mycket dåliga ljusavsändare, orsakar otillfredsställande prestanda hos tennbaserade perovskite-ljusemitterande enheter (LED).

En anledning till detta är att en hög täthet av elektroniska defekter kan bildas under beredningsprocessen av tennbaserade perovskiter, som tenn (Sn ²⁺ ) kan oxidera och kristallisationsprocessen är inte väl kontrollerad. Tennbaserade perovskit-lysdioder med extern kvanteffektivitet på 5 % rapporterades 2020. Men dessa effektiviteter var endast möjliga vid låg ljusstyrka (38 cd/m) ² ), långt under kravet för displayapplikationer (500-1000 cd/m ² ).

Nyligen, ett forskarlag ledd av prof. Di Dawei från Zhejiang University College of Optical Science and Engineering upptäckte att genom att använda germanium (Ge), ett miljövänligt grupp-IV-element, att delvis ersätta bly i perovskiten, det är möjligt att skapa mycket självlysande perovskitmaterial och -anordningar. En relaterad artikel med titeln "Germanium-bly perovskite light-emitting diodes" publicerades av teamet den 13 juli i tidskriften Naturkommunikation .

"På vår resa mot lågtoxicitet perovskit lysdioder, vi har letat efter alternativa miljövänliga metaller för att ersätta bly, " sa  Di. "det var en trevlig överraskning att germanium, elementet mellan kisel och tenn (i det periodiska systemet) skulle kunna fungera så bra som en ersättning av bly för LED-applikationer."

Dr Yang Dexin, en postdoktor i Di:s grupp och den första författaren till artikeln, sa "vi brukade studera effekten av germaniumjoner (Ge ²⁺ ) i germaniumtelluridegeringar, och fann att germaniumjoner kan erbjuda vissa fördelar när det gäller passivering av defekter."

Germanium-bly perovskit tunna filmer visade hög fotoluminescens kvanteffektivitet (PLQEs) på upp till 71%. Detta var en relativ förbättring av cirka 34 % jämfört med liknande framställda Pb-baserade perovskitfilmer. Den höga luminescenseffektiviteten kom från de förbättrade strålningsprocesserna och reducerade defektdensiteterna i germanium-blyperovskiterna.

Genom att använda dessa material, Di och kollegor visade germanium-bly perovskite lysdioder för första gången. "I vår första demonstration, vi uppnådde extern kvanteffektivitet på upp till 13,1 % vid hög ljusstyrka (~1900 cd/m) ² ) med en maximal ljusstyrka på över 10 000 cd/m ² . Detta var ett effektivitetsrekord för perovskit-lysdioder med reducerad toxicitet, " sa Yang.

"Medan ytterligare arbete verkligen behövs för att förbättra enhetens prestanda och stabilitet, våra resultat tyder på en lovande väg mot miljövänlig ljusemitterande teknik baserad på perovskithalvledare, sa Di.