ペロブスカイト発光ダイオード (ペロブスカイト LED) は、ディスプレイ、照明、通信などの分野で大きな可能性を秘めた新世代の発光技術です。ペロブスカイト LED は、生産コストが低く、重要な技術的利点があります。OLED と同様の軽さ、薄さ、柔軟性という特性を持ち、III-V 半導体 LED と同様の色純度とスペクトル調整可能性も備えています。わずか数年の開発の後、ペロブスカイトの効率はLED成熟した発光技術に匹敵します。
ペロブスカイト LED デバイスの構造 (左上)。
バイポーラ分子安定剤SFB10の化学式（左下）
デバイスT50の寿命と放射輝度の関係（右グラフ）
ただし、ペロブスカイト太陽電池と同様に、ペロブスカイト LED の不安定性は、産業用アプリケーションを実現するための最大の課題です。現在、高性能ペロブスカイト LED の寿命は、一般的に 10 ～ 100 時間程度です。OLED 技術が工業化されるまでに必要な寿命は、少なくとも 10,000 時間です。ペロブスカイト半導体は本質的に不安定になる可能性があるため、この方向には大きな課題があります。それは良いですLED表示.その結晶構造には重要なイオン特性があり、イオンは LED の印加電界の下で容易に移動し、材料が劣化します。
最近、浙江大学オプトエレクトロニクス学部現代光学機器国家重点実験室の David Di 教授と研究者 Zhao Baodan のチームは、
海寧国際キャンパスの先端フォトニクス国際研究センターは、この方向で重要な突破口を開きました。バイポーラ分子安定剤を使用して、実用的なアプリケーションのニーズを満たすペロブスカイト LED で超長寿命を実現しました。
「これらのペロブスカイト LED は、5 か月間 (3600 時間) 連続して 5 mA/c㎡ の定電流で駆動され、輝度が低下することはありませんでした」と David Dee 氏は述べています。LED知覚。ためにP1.56LEDディスプレイ。これらのデバイスは非常に安定しており、まだ進行中の一部のテストは 1 年以上で完了するのが難しいようです。合理的な実験期間内に寿命データを取得するには、LED 加速エージング実験を実施する必要があります。」
これらの近赤外ペロブスカイト LED は、非常に長い動作寿命を示します。たとえば、初期放射輝度が 2.1 W sr-1 m-2 (電流 3.2 mA/c㎡) の場合、推定デバイス T50 寿命 (初期放射輝度が 50% に減少するのにかかる時間) は 32675 時間です ( 3.7年）。この放射輝度によって提供される光出力は、1000 cd/m2 の高輝度で動作する市販の緑色 OLED に匹敵します。0.21 W sr-1 m-2 (上記の明るさの 1/10) の低い放射輝度または 0.7 mAc㎡の電流では、T50 寿命は 240 万時間 (約 270 年) と推定されます。
「この新しい LED の信頼性の高い寿命分析を実行する必要があると考えています。加速老化実験で 62 のデバイス寿命データ ポイントを収集し、10 ～ 200 mA/c㎡ の範囲の可能な限り広い電流密度をカバーしています。」郭冰冰は言った。デバイスのエレクトロルミネッセンス外部量子効率 (EQE) とエネルギー変換効率 (ECE) は、それぞれ 22.8% と 20.7% に達し、近赤外ペロブスカイト LED の最高効率です。
著者らは、これらのペロブスカイト発光材料が非常に安定した結晶構造を持つことを発見しました。「材料の結晶構造は、322 日以上経っても変化していません」と Zhao Baodan 氏は述べています。
ペロブスカイト LED の長時間動作と加速劣化実験 (左の画像)。
制御デバイスと安定化デバイスの外部量子効率データ (右パネル)
「これは、バイポーラ分子安定剤がペロブスカイトが優れた光電子特性を備えた元の結晶相を維持するのに役立つことを示しています。処理された対照ペロブスカイト サンプルの結晶構造は大幅に変化し、2 週間以内に劣化しました。」
ペロブスカイトのイオンマイグレーションは、不安定性につながる重要な要因の1つであり、この問題は、LEDおよびLEDの印加電圧の影響下でより深刻になります。ミニ LED ディスプレイ.「私たちの実験と計算は、バイポーラ分子がペロブスカイト粒界で化学結合またはイオンとの相互作用を作成することを示しています」と Guo Bingbing 氏は述べています。私たちの協力者との共同研究は、イオン移動現象の抑制を示しました」と、Zhao Baodan は付け加えました。
デバイス寿命の結果は、ペロブスカイト材料に安定性の点で「遺伝的欠陥」がないことを示しています。「メタル ハライド ペロブスカイトなどの新しい半導体は、特に LED アプリケーションなどの比較的高い電界では、本質的に不安定であると広く考えられています」と David Dee 氏は述べています。「私たちの結果は、安定したペロブスカイトデバイスを実現することは「ミッションインポッシブル」ではないことを示しています.
デバイスの寿命が非常に長いことは、ペロブスカイト LED 分野への信頼を高めると予想されます。これは、商用 OLED の安定性の基本的な要件を満たしているからです。これらの近赤外 LED は、近赤外ディスプレイ、通信、生物学などのアプリケーションで使用できます。同様の長寿命の可視光ペロブスカイト デバイスはまだ開発されていませんが、超安定ペロブスカイト LED の実現により、ペロブスカイト発光技術が産業用アプリケーションに参入する道が開かれます。
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微小蛍光イメージング実験による電場下でのペロブスカイトのイオン移動効果の観察
投稿時間: 2022 年 8 月 24 日