El diodo emisor de luz de perovskita (LED de perovskita) es una nueva generación de tecnología de emisión de luz con un gran potencial en visualización, iluminación, comunicación y otros campos.Los LED de perovskita tienen costos de producción bajos y ventajas técnicas significativas: tienen las características de ligereza, delgadez y flexibilidad similares a las de los OLED, y también tienen una pureza de color y una capacidad de ajuste espectral similares a las de los LED semiconductores III-V.Después de solo unos pocos años de desarrollo, la eficiencia de la perovskitaLEDes comparable a la de las tecnologías maduras de emisión de luz.
Estructura del dispositivo LED de perovskita (arriba a la izquierda);
Fórmula química del estabilizador molecular bipolar SFB10 (abajo a la izquierda)
Relación entre la vida útil del dispositivo T50 y el resplandor (gráfico de la derecha)
Sin embargo, al igual que las células solares de perovskita, la inestabilidad de los LED de perovskita es el mayor desafío para realizar aplicaciones industriales.En la actualidad, la vida útil de los LED de perovskita de alto rendimiento es generalmente del orden de 10 a 100 horas.La vida útil requerida para que la tecnología OLED entre en industrialización es de al menos 10.000 horas.Hay desafíos significativos en esta dirección porque los semiconductores de perovskita pueden ser intrínsecamente inestables.es bueno paraPantalla LED.Su estructura cristalina tiene importantes propiedades iónicas y los iones se mueven fácilmente bajo el campo eléctrico aplicado del LED, lo que hace que el material se degrade.
Recientemente, el equipo del profesor David Di y el investigador Zhao Baodan del State Key Laboratory of Modern Optical Instruments, School of Optoelectronics, Zhejiang University and the
El Centro Internacional de Investigación de Fotónica Avanzada, Campus Internacional de Haining, ha logrado avances importantes en esta dirección.Usando un estabilizador molecular bipolar, lograron una vida útil ultralarga en los LED de perovskita que satisfacen las necesidades de las aplicaciones prácticas.
"Estos LED de perovskita fueron impulsados por una corriente constante de 5 mA/c㎡ durante 5 meses consecutivos (3600 horas) sin caída de brillo", dijo David Dee.Percepción LED.ParaP1.56Pantalla LED.Estos dispositivos son muy estables y algunas pruebas que aún están en curso parecen ser difíciles de completar en un año o más.Para obtener datos de vida útil dentro de un período experimental razonable, se deben llevar a cabo experimentos de envejecimiento acelerado de LED”.
Estos LED de perovskita de infrarrojo cercano muestran una vida útil ultralarga.Por ejemplo, con una radiancia inicial de 2,1 W sr-1 m-2 (corriente de 3,2 mA/c㎡), la vida útil estimada del dispositivo T50 (el tiempo que tarda la radiancia inicial en disminuir al 50%) es de 32675 horas ( 3,7 años).La potencia óptica proporcionada por este resplandor es comparable a la de un OLED verde comercial que funciona con un alto brillo de 1000 cd/m2.Con un resplandor menor de 0,21 W sr-1 m-2 (1/10 del brillo anterior) o una corriente de 0,7 mAc㎡, la vida útil del T50 se estima en 2,4 millones de horas (alrededor de 270 años).
"Creemos que es necesario realizar un análisis confiable de la vida útil de este nuevo LED, para lo cual recopilamos 62 puntos de datos de la vida útil del dispositivo en experimentos de envejecimiento acelerado, que cubren el rango de densidad de corriente más amplio posible de 10-200 mA/c㎡".Guo Bingbing dijo.La eficiencia cuántica externa de electroluminiscencia (EQE) y la eficiencia de conversión de energía (ECE) del dispositivo alcanzaron el 22,8 % y el 20,7 %, respectivamente, que son las eficiencias más altas de los LED de perovskita del infrarrojo cercano.
Los autores encontraron que estos materiales luminiscentes de perovskita tienen estructuras cristalinas muy estables."La estructura cristalina del material no ha cambiado después de más de 322 días", dijo Zhao Baodan.
Experimentos de funcionamiento prolongado y envejecimiento acelerado de LED de perovskita (imagen de la izquierda);
Datos de eficiencia cuántica externa de dispositivos de control y estabilizados (panel derecho)
"Esto demuestra que el estabilizador molecular bipolar ayuda a la perovskita a mantener su fase cristalina original con excelentes propiedades optoelectrónicas. La estructura cristalina de las muestras de perovskita de control tratadas cambió significativamente y se degradó en dos semanas".
La migración de iones en las perovskitas es uno de los factores importantes que conducen a la inestabilidad, y este problema se vuelve más serio bajo la influencia del voltaje aplicado en los LED yMini pantalla LED."Nuestros experimentos y cálculos muestran que las moléculas bipolares crean enlaces químicos o interacciones con iones en los límites de los granos de perovskita", dijo Guo Bingbing, "que puede ser la razón por la que la migración de iones se vuelve difícil en nuestras perovskitas". Los experimentos eléctricos y ópticos que llevamos a cabo con nuestros colaboradores han demostrado la supresión del fenómeno del movimiento de iones", añadió Zhao Baodan.
Los resultados de la vida útil del dispositivo muestran que los materiales de perovskita no tienen "defectos genéticos" en términos de estabilidad."Los nuevos semiconductores, como las perovskitas de haluro metálico, se consideran intrínsecamente inestables, especialmente en campos eléctricos relativamente altos, como en las aplicaciones de LED", dijo David Dee."Nuestros resultados muestran que lograr dispositivos de perovskita estables no es una 'misión imposible'".
Se espera que la vida útil ultralarga del dispositivo aumente la confianza en el campo de los LED de perovskita, ya que ha cumplido con el requisito básico de estabilidad para los OLED comerciales.Estos LED de infrarrojo cercano se pueden utilizar en aplicaciones como pantallas de infrarrojo cercano, comunicaciones y biología.Aunque quedan por desarrollar dispositivos de perovskita de luz visible con una vida útil similar, la realización de LED de perovskita ultraestable allana el camino para que la tecnología de luminiscencia de perovskita entre en aplicaciones industriales.
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Observación del efecto de migración de iones de perovskita bajo un campo eléctrico mediante un experimento de imágenes de microfluorescencia
Hora de publicación: 24 de agosto de 2022