Os pesquisadores estabeleceram um novo recorde de eficiência para LEDs baseados em semicondutores de perovskita, rivalizando com os melhores LEDs orgânicos (OLEDs).

Comparado com OLEDs, que são amplamente utilizados em eletrônicos de consumo de ponta, os LEDs baseados em perovskita, desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Cambridge, pode ser feito a custos muito mais baixos, e pode ser ajustado para emitir luz através do espectro visível e infravermelho próximo com alta pureza de cor.

Os pesquisadores projetaram a camada de perovskita nos LEDs para mostrar uma eficiência de luminescência interna de quase 100%, abrindo aplicativos futuros no display, iluminação e comunicações, bem como células solares de última geração.

Esses materiais perovskita são do mesmo tipo que aqueles encontrados para fazer células solares altamente eficientes que poderiam um dia substituir as células solares de silício comerciais. Embora LEDs baseados em perovskita já tenham sido desenvolvidos, eles não têm sido tão eficientes quanto os OLEDs convencionais na conversão de eletricidade em luz.

LEDs de perovskita híbridos anteriores, desenvolvido pela primeira vez pelo grupo do professor Sir Richard Friend no Laboratório Cavendish da Universidade há quatro anos, eram promissores, mas as perdas da camada perovskita, causado por pequenos defeitos na estrutura do cristal, limitaram sua eficiência de emissão de luz.

Agora, Pesquisadores de Cambridge do mesmo grupo e seus colaboradores mostraram que, ao formar uma camada composta de perovskitas junto com um polímero, é possível alcançar eficiências de emissão de luz muito mais altas, próximo ao limite teórico de eficiência dos OLEDs de filme fino. Seus resultados são relatados no jornal Nature Photonics .

"Esta estrutura de polímero de perovskita elimina efetivamente as perdas não emissivas, a primeira vez que isso foi alcançado em um dispositivo baseado em perovskita, "disse o Dr. Dawei Di do Laboratório Cavendish de Cambridge, um dos autores correspondentes do artigo. "Combinando os dois, podemos basicamente impedir que os elétrons e as cargas positivas se recombinem por meio dos defeitos na estrutura da perovskita. "

A mistura de polímero de perovskita usada nos dispositivos LED, conhecido como uma heteroestrutura em massa, é feito de componentes perovskita bidimensionais e tridimensionais e um polímero isolante. Quando um laser ultrarrápido é direcionado às estruturas, pares de cargas elétricas que transportam energia se movem das regiões 2-D para as regiões 3-D em um trilionésimo de segundo:muito mais rápido do que as estruturas anteriores de perovskita em camadas usadas nos LEDs. Cargas separadas nas regiões 3-D então se recombinam e emitem luz com extrema eficiência.

"Como a migração de energia das regiões 2-D para as regiões 3-D acontece tão rapidamente, e as cargas nas regiões 3-D são isoladas dos defeitos pelo polímero, esses mecanismos evitam que os defeitos se envolvam, evitando assim a perda de energia, "disse Di.

"As melhores eficiências quânticas externas desses dispositivos são superiores a 20% em densidades de corrente relevantes para aplicativos de exibição, estabelecendo um novo recorde para LEDs perovskita, que é um valor de eficiência semelhante aos melhores OLEDs no mercado hoje, "disse Baodan Zhao, o primeiro autor do artigo.

Embora os LEDs baseados em perovskita estejam começando a rivalizar com os OLEDs em termos de eficiência, eles ainda precisam de melhor estabilidade se forem adotados em produtos eletrônicos de consumo. Quando os LEDs baseados em perovskita foram desenvolvidos pela primeira vez, eles tinham uma vida útil de apenas alguns segundos. Os LEDs desenvolvidos na pesquisa atual têm meia-vida próxima a 50 horas, o que é uma grande melhoria em apenas quatro anos, mas ainda longe do tempo de vida necessário para aplicações comerciais, que exigirá um extenso programa de desenvolvimento industrial. "Entender os mecanismos de degradação dos LEDs é a chave para melhorias futuras, "disse Di.