Justamente quando os aficionados por iluminação estavam em um lugar escuro, LEDs vieram em seu socorro. Na última década, As tecnologias de LED - abreviação de diodo emissor de luz - varreram a indústria de iluminação, oferecendo recursos como durabilidade, eficiência e longa vida.

Agora, Os pesquisadores de engenharia de Princeton iluminaram outro caminho para as tecnologias LED, refinando a fabricação de fontes de luz feitas com substâncias cristalinas conhecidas como perovskitas, uma alternativa mais eficiente e potencialmente mais barata aos materiais usados ​​em LEDs encontrados nas prateleiras das lojas.

Os pesquisadores desenvolveram uma técnica em que as partículas de perovskita em nanoescala se auto-montam para produzir de forma mais eficiente, LEDs baseados em perovskita estáveis ​​e duráveis. O avanço, relatado em 16 de janeiro em Nature Photonics , poderia acelerar o uso de tecnologias de perovskita em aplicações comerciais, como iluminação, lasers e telas de televisão e computador.

"O desempenho das perovskitas em células solares realmente decolou nos últimos anos, e eles têm propriedades que prometem muito para os LEDs, mas a incapacidade de criar filmes de perovskita de nanopartículas uniformes e brilhantes limitou seu potencial, "disse Barry Rand, um professor assistente de engenharia elétrica e do Centro Andlinger de Energia e Meio Ambiente de Princeton.

"Nossa nova técnica permite que essas nanopartículas se automontem para criar filmes de granulação ultrafina, um avanço na fabricação que faz com que os LEDs de perovskita se pareçam mais com uma alternativa viável às tecnologias existentes, "Rand, o pesquisador principal, adicionado.

Os LEDs emitem luz quando a tensão é aplicada ao LED. Quando a luz está ligada, a corrente elétrica força os elétrons do lado negativo do diodo para o lado positivo. Isso libera energia na forma de luz. Os LEDs operam melhor quando essa corrente pode ser estritamente controlada. Nos dispositivos de Rand, os filmes finos baseados em nanopartículas permitiam exatamente isso.

LEDs têm muitas vantagens sobre as lâmpadas incandescentes, incluindo durabilidade, Vida longa, tamanho menor, eficiência energética e baixo calor. Embora ainda sejam mais caros do que as lâmpadas fluorescentes para a iluminação da sala, eles são mais eficientes em termos de energia, acendem mais rápido e apresentam menos preocupações ambientais relacionadas ao descarte.

A equipe de Rand e outros pesquisadores estão explorando as perovskitas como uma alternativa potencial de baixo custo ao nitreto de gálio (GaN) e outros materiais usados ​​na fabricação de LED. LEDs de baixo custo acelerariam a aceitação das lâmpadas, reduzindo o uso de energia e os impactos ambientais.

A perovskita é um mineral originalmente descoberto em meados de 1800 na Rússia e batizado em homenagem ao mineralogista russo Lev Perovski. O termo "perovskita" se estende a uma classe de compostos que compartilham a estrutura cristalina do mineral de Perovski, uma combinação distinta de formas cubóide e diamante.

As perovskitas exibem uma série de propriedades intrigantes - podem ser supercondutoras ou semicondutoras, dependendo de sua estrutura - o que os torna materiais promissores para uso em dispositivos elétricos. Nos últimos anos, eles têm sido apontados como um substituto potencial para o silício em painéis solares:mais baratos de fabricar enquanto oferecem a mesma eficiência que algumas células solares baseadas em silício.

Camadas híbridas de perovskita orgânica-inorgânica são fabricadas pela dissolução de precursores de perovskita em uma solução contendo um haleto de metal e um haleto de amônio orgânico. É um processo relativamente barato e simples que pode oferecer uma alternativa barata aos LEDs baseados em silício e outros materiais.

Contudo, enquanto os filmes semicondutores resultantes podem emitir luz em cores vivas, os cristais que formavam a estrutura molecular dos filmes eram muito grandes, o que os tornava ineficientes e instáveis.

Em seu novo jornal, Rand e sua equipe relatam que o uso de um tipo adicional de haleto de amônio orgânico, e, em particular, um haleto de amônio de cadeia longa, à solução de perovskita durante a produção restringiu dramaticamente a formação de cristais no filme. Os cristalitos resultantes eram muito menores (cerca de 5-10 nanômetros de diâmetro) do que aqueles gerados com métodos anteriores, e os filmes de perovskita de haleto eram muito mais finos e lisos.

Isso levou a uma melhor eficiência quântica externa, o que significa que os LEDs emitiram mais fótons por número de elétrons que entraram no dispositivo. Os filmes também eram mais estáveis ​​do que os produzidos por outros métodos.

Russell Holmes, professor de ciência de materiais e engenharia da Universidade de Minnesota, disse que a pesquisa de Princeton aproxima os LEDs baseados em perovskita da comercialização.

"Sua capacidade de controlar o processamento da perovskita gerada ultra-plana, filmes finos nano-cristalinos adequados para dispositivos de alta eficiência, "disse Holmes, que não participou da pesquisa. "Este esquema de processamento elegante e geral provavelmente terá ampla aplicação a outros materiais ativos de perovskita e plataformas de dispositivos."