Die Perowskit-Leuchtdiode (Perowskit-LED) ist eine neue Generation von Leuchttechnologie mit großem Potenzial in den Bereichen Anzeige, Beleuchtung, Kommunikation und anderen Bereichen.Perowskit-LEDs haben niedrige Produktionskosten und erhebliche technische Vorteile: Sie haben die Eigenschaften von Leichtigkeit, Dünnheit und Flexibilität, die OLEDs ähneln, und haben auch eine ähnliche Farbreinheit und spektrale Abstimmbarkeit wie III-V-Halbleiter-LEDs.Nach nur wenigen Jahren Entwicklungszeit ist die Leistungsfähigkeit von PerowskitLeuchtdiodenvergleichbar mit ausgereiften lichtemittierenden Technologien.
Perowskit-LED-Bauelementstruktur (oben links);
Chemische Formel des bipolaren molekularen Stabilisators SFB10 (unten links)
Zusammenhang zwischen T50-Lebensdauer und Strahldichte (rechtes Diagramm)
Ähnlich wie bei Perowskit-Solarzellen ist jedoch die Instabilität von Perowskit-LEDs die größte Herausforderung für die Realisierung industrieller Anwendungen.Derzeit liegt die Lebensdauer von Hochleistungs-Perowskit-LEDs im Allgemeinen in der Größenordnung von 10–100 Stunden.Die erforderliche Lebensdauer für die Industrialisierung der OLED-Technologie beträgt mindestens 10.000 Stunden.Es gibt erhebliche Herausforderungen in dieser Richtung, da Perowskit-Halbleiter intrinsisch instabil sein können.Es ist gut fürLED-Anzeige.Seine Kristallstruktur hat signifikante ionische Eigenschaften, und Ionen bewegen sich leicht unter dem angelegten elektrischen Feld der LED, wodurch das Material abgebaut wird.
Kürzlich hat das Team von Professor David Di und dem Forscher Zhao Baodan vom State Key Laboratory of Modern Optical Instruments, School of Optoelectronics, Zhejiang University and the
International Research Center of Advanced Photonics, Haining International Campus, haben wichtige Durchbrüche in diese Richtung erzielt.Unter Verwendung eines bipolaren molekularen Stabilisators erreichten sie ultralange Betriebslebensdauern in Perowskit-LEDs, die den Anforderungen praktischer Anwendungen entsprechen.
„Diese Perowskit-LEDs wurden mit einem konstanten Strom von 5 mA/c㎡ für 5 aufeinanderfolgende Monate (3600 Stunden) ohne Helligkeitsabfall betrieben“, sagte David Dee.LED-Wahrnehmung.FürP1.56LED-Anzeige.Diese Geräte sind sehr stabil, und einige Tests, die noch im Gange sind, scheinen schwierig innerhalb eines Jahres oder länger abzuschließen zu sein.Um Lebensdauerdaten innerhalb eines angemessenen Versuchszeitraums zu erhalten, müssen beschleunigte LED-Alterungsexperimente durchgeführt werden.“
Diese Nahinfrarot-Perowskit-LEDs weisen eine extrem lange Betriebslebensdauer auf.Beispiel: Bei einer Anfangsstrahlung von 2,1 W sr-1 m-2 (Strom von 3,2 mA/c㎡) beträgt die geschätzte T50-Lebensdauer des Geräts (die Zeit, die es dauert, bis die Anfangsstrahlung auf 50 % abfällt) 32675 Stunden ( 3,7 Jahre).Die durch diese Strahlung bereitgestellte optische Leistung ist vergleichbar mit einer kommerziellen grünen OLED, die mit einer hohen Helligkeit von 1000 cd/m2 betrieben wird.Bei einer geringeren Strahlungsdichte von 0,21 W sr-1 m-2 (1/10 der obigen Helligkeit) oder einem Strom von 0,7 mAc㎡ wird die T50-Lebensdauer auf 2,4 Millionen Stunden (etwa 270 Jahre) geschätzt.
„Wir glauben, dass es notwendig ist, eine zuverlässige Lebensdaueranalyse dieser neuen LED durchzuführen, für die wir 62 Gerätelebensdauer-Datenpunkte in beschleunigten Alterungsexperimenten gesammelt haben, die den größtmöglichen Stromdichtebereich von 10–200 mA/c㎡ abdecken.“sagte Guo Bingbing.Die externe Elektrolumineszenz-Quanteneffizienz (EQE) und die Energieumwandlungseffizienz (ECE) des Geräts erreichten 22,8 % bzw. 20,7 %, was die höchsten Wirkungsgrade von Nahinfrarot-Perowskit-LEDs sind.
Die Autoren fanden heraus, dass diese Perowskit-Leuchtstoffe sehr stabile Kristallstrukturen aufweisen.„Die Kristallstruktur des Materials hat sich nach mehr als 322 Tagen nicht verändert“, sagte Zhao Baodan.
Langzeitarbeits- und beschleunigte Alterungsexperimente von Perowskit-LEDs (linkes Bild);
Externe Quanteneffizienzdaten von Kontroll- und stabilisierten Geräten (rechts)
„Dies zeigt, dass der bipolare molekulare Stabilisator dem Perowskit hilft, seine ursprüngliche Kristallphase mit hervorragenden optoelektronischen Eigenschaften beizubehalten. Die Kristallstruktur der behandelten Kontroll-Perowskitproben veränderte sich signifikant und baute sich innerhalb von zwei Wochen ab.“
Die Ionenmigration in Perowskiten ist einer der wichtigen Faktoren, die zu Instabilität führen, und dieses Problem wird unter dem Einfluss der angelegten Spannung in LEDs und LEDs noch gravierenderMini-LED-Anzeige.„Unsere Experimente und Berechnungen zeigen, dass bipolare Moleküle chemische Bindungen oder Wechselwirkungen mit Ionen an den Perowskit-Korngrenzen eingehen“, sagte Guo Bingbing, „was der Grund sein könnte, warum die Ionenmigration in unseren Perowskiten schwierig wird.“ Die elektrischen und optischen Experimente, die wir durchgeführt haben mit unseren Mitarbeitern haben die Unterdrückung des Phänomens der Ionenbewegung gezeigt", fügte Zhao Baodan hinzu.
Die Ergebnisse der Gerätelebensdauer zeigen, dass Perowskit-Materialien keine "genetischen Defekte" in Bezug auf die Stabilität aufweisen.„Neue Halbleiter wie Metallhalogenid-Perowskite gelten weithin als intrinsisch instabil, insbesondere bei relativ hohen elektrischen Feldern wie in LED-Anwendungen“, sagte David Dee."Unsere Ergebnisse zeigen, dass das Erreichen stabiler Perowskit-Bauelemente keine 'Mission Impossible' ist".
Es wird erwartet, dass die ultralange Gerätelebensdauer das Vertrauen in das Gebiet der Perowskit-LEDs stärken wird, da es die grundlegende Stabilitätsanforderung für kommerzielle OLEDs erfüllt hat.Diese Nahinfrarot-LEDs können in Anwendungen wie Nahinfrarot-Displays, Kommunikation und Biologie verwendet werden.Obwohl Perowskit-Geräte mit sichtbarem Licht und ähnlich langer Lebensdauer noch entwickelt werden müssen, ebnet die Realisierung ultrastabiler Perowskit-LEDs den Weg für die Perowskit-Lumineszenztechnologie, um in industrielle Anwendungen einzutreten.
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Beobachtung des Ionenmigrationseffekts von Perowskit unter elektrischem Feld durch Mikrofluoreszenz-Bildgebungsexperiment
Postzeit: 24. August 2022