Rzeczone minerały są uznawane za bardzo obiecującą alternatywę dla krzemu w odniesieniu do wytwarzania ogniw słonecznych. Dzięki ostatnim postępom dokonanym przez badaczy z Narodowego Uniwersytetu w Seulu dowiedzieliśmy się o jeszcze jednej dziedzinie, w której perowskity mają rację bytu.
Czytaj też: Nowa metoda ekstrakcji litu wystrzeli branżę elektryków na nowy poziom
Chodzi o diody LED powstałe na bazie nanokryształów perowskitu. Takowe cechują się bardzo wysoką wydajnością, o czym piszą autorzy publikacji zamieszczonej na łamach Nature Communications. Co ciekawe, emitery światła wytwarzane z użyciem opisywanego minerału – będącego półprzewodnikiem z sześciennymi nanokryształami w składzie – cieszyły się zainteresowanie inżynierów już wcześniej.
To za sprawą wysokiej czystości koloru, opłacalności ekonomicznej oraz możliwości dostrajania. Ograniczeniem była zbyt niska luminescencja w temperaturze pokojowej, ale naukowcy z Korei Południowej nie chcieli całkowicie porzucać tej kuszącej koncepcji. W międzyczasie pojawiły się badania wskazujące na możliwość zwiększenia wydajności diod LED z 0,1% do 8,53%.
Naukowcy szukali sposobów na wysoką wydajność perowskitowych diod LED. Pomógł w tym nowy mechanizm
Perowskitowe emitery zbliżyły się tym samym do wyników osiąganych przez fosforescencyjne diody OLED. Dało to nadzieję na dalsze postępy i realizację scenariusza, w którym diody na bazie perowskitu mogłyby na poważnie wejść na rynek. W 2022 roku doszło do kolejnych istotnych wydarzeń: zewnętrzna wydajność kwantowa tych urządzeń zbliżyła się do teoretycznej górnej granicy, osiągając 28,9%. Jasność szczytowa wyniosła 470 000 nitów, a żywotność operacyjna – aż 30 000 godzin.
Pomimo optymistycznych doniesień inżynierowie musieli uporać się z jeszcze jednym problemem. Polegał on na zmniejszeniu wydajności luminescencji ze względu na wrodzoną naturę jonową perowskitu. Minerały te składają się ze słabych wiązań jonowych, dlatego przemieszczenie atomów w tworzących te materiały sieciach krystalicznych o dużej amplitudzie potęguje ryzyko wystąpienia zaburzeń dynamicznych.
Czytaj też: Akumulatory do pojazdów elektrycznych wreszcie pozwolą na znacznie więcej. Kluczowy jest jeden składnik
Takowe zakłócają proces rekombinacji radiacyjnej w perowskitach. W konsekwencji zachodzi dysocjacja ekscytonów oraz spadek wydajności luminescencji. Szukając wyjścia z sytuacji, południowkoreańscy badacze rozpoczęli współpracę z przedstawicielami Uniwersytetu Pensylwanii oraz izraelskiego Instytutu Naukowego Weizmanna. Tym sposobem doszło do identyfikacji mechanizmu zwiększającego wydajność luminescencji w perowskitowych diodach LED. Kluczem do sukcesu okazało się wdrożenie tzw. CMM.
Te ostatnie wiążą się z powierzchnią sieci perowskitowej, co prowadzi do wzmocnienia sieci i obniżenia nieporządku. To z kolei zapewnia wyższą wydajność luminescencji. Zewnętrzna wydajność kwantowa wyniosła 26,1%. W długofalowej perspektywie członkowie zespołu badawczego mówią o projektowaniu wysokowydajnych, długowiecznych perowskitowych urządzeń emitujących światło.