Effektiva nära-infraröda (NIR) lysdioder av perovskit har tillverkats i ett laboratorium vid Linköpings universitet. Den externa kvanteffektiviteten är 21,6 procent, vilket är rekord. Resultaten har publicerats i Nature Photonics .

Arbetet leds av LiU-forskaren Feng Gao, i nära samarbete med kollegor i Kina, Italien, Singapore och Schweiz.

Perovskiter är en grupp av material som definieras av deras kristallstruktur, och har varit i fokus för intensivt forskningsintresse under de senaste 10 åren, initialt för solceller och nyligen även för lysdioder. De har goda ljusavgivande egenskaper och är lätta att tillverka. Den externa kvanteffektiviteten (förhållandet mellan laddningsbärare som emitteras som ljus jämfört med alla de som matas in i materialen) för lysdioder baserade på perovskiter har hittills begränsats av defekter som uppstår i materialet under tillverkningen. Defekterna fungerar som fällor för laddningsbärarna och orsakar därmed energiförluster.

Ett sätt att hantera defekter är att lägga till material som kallas "passiveringsmolekyler, " som binder till atomerna som orsakar defekter. Forskarna hade tidigare upptäckt en molekyl med aminogrupper i ändarna som gav en viss förbättring av egenskaperna. när de valde en molekyl som också innehöll syreatomer, effekten ökade dramatiskt.

"Vi förstår nu att det är vätebindningarna mellan passiveringsmolekyler och perovskitmaterial som orsakar problem. Detta gjorde att vi kunde söka efter en molekyl som var perfekt för passivering, " säger Feng Gao, universitetslektor vid avdelningen för biomolekylär och organisk elektronik vid Linköpings universitet.

Molekylen de hittade har två aminogrupper i ändarna, med syreatomer på lämpligt avstånd mellan dem. Syreatomer minskar vätebindningsförmågan hos aminogrupper, och därmed öka sannolikheten för att de interagerar med defekter. Antalet fällor för laddningsbärare i perovskiten minskar avsevärt, så att laddningsbärarna kan kombineras och avge ljus effektivt.

"Detta speciella perovskitmaterial ger högeffektiva lysdioder i det nära-infraröda området. Nära-infraröda lysdioder är särskilt användbara för medicinska och telekommunikationstillämpningar. Vi tror att våra nya rön även kan tillämpas på perovskitljusutsändande dioder med andra färger, " säger Feng Gao.

Den externa kvanteffektiviteten är rekordhöga 21,6 procent.

"Vi har utvecklat de bästa lysdioderna i perovskitmaterial hittills. De kan också konkurrera med lysdioder baserade på, till exempel, organiska material, " säger Wiedong Xu, postdoc vid avdelningen för biomolekylär och organisk elektronik, LiU.