Stanfords upptäckt har en kostnad

By | August 25, 2023

Åtta gröna perovskite LED-substrat

Åtta gröna perovskite LED-substrat i Congreves labb lyser när forskarna lyser ultraviolett ljus på dem. Kredit: Sebastian Fernández/Stanford University

En molekylär tillsats förbättrar nästa generations lysdioder – men förkortar deras livslängd

Genom att mixtra med materialsammansättningen av perovskite-lysdioder, en billigare och enklare att tillverka LED-typ, uppnådde Stanford-forskarna språng i ljusstyrka och effektivitet – men såg deras lampor misslyckas efter några minuters användning.

Chansen är stor att skärmen du läser från lyser tack vare lysdioder – allmänt kända som lysdioder. Denna genomträngande teknik ger energieffektiv inomhusbelysning och lyser alltmer upp våra datorskärmar, TV-apparater och smartphoneskärmar. Tyvärr kräver det också en relativt mödosam och dyr tillverkningsprocess.

Stanfords strävan efter prisvärd och effektiv belysning

I hopp om att åtgärda denna brist testade Stanford-forskare en metod som ökade ljusstyrkan och effektiviteten hos perovskite-LED, eller PeLED, ett billigare och lättare att tillverka alternativ. Deras förbättringar gjorde dock att lamporna slocknade inom några minuter, vilket visar de noggranna avvägningar som måste förstås för att avancera denna klass av material.

“Vi har gjort stora framsteg för att förstå varför det här är förnedrande. Frågan är, kan vi hitta ett sätt att mildra detta med bibehållen effektivitet? säger Dan Congreve, biträdande professor i elektroteknik och senior författare till tidningen, publicerad tidigare denna månad i tidskriften Enhet. “Om vi ​​kan göra det tror jag att vi verkligen kan börja arbeta mot en hållbar kommersiell lösning.”

Åtta gröna mangandopade perovskite-lysdioder

Åtta gröna mangandopade perovskit-lysdioder i Congreves labb lyser när forskarna leder en elektrisk ström genom dem. Kredit: Sebastian Fernández/Stanford University

Vad gör perovskite lysdioder annorlunda

I enklaste termer omvandlar lysdioder elektrisk energi till ljus genom att leda elektrisk ström genom en halvledare – lager av kristallint material som avger ljus med ett pålagt elektriskt fält. Men skapa dessa

De flesta PeLEDs idag bleknar dock efter bara några timmar. Och de matchar ofta inte energieffektiviteten hos vanliga lysdioder, på grund av slumpmässiga luckor i perovskitens atomstruktur, så kallade defekter. “Det borde finnas en

Men vinsterna kom med en nackdel: lamporna dämpades till hälften av sin maximala ljusstyrka på bara två och en halv minut. (Å andra sidan är perovskiterna som inte behandlades med TFPPO versionen som bibehöll sin ljusstyrka i 37 minuter.)

förstå avvägningen

Fernández tror att omvandlingen av elektrisk energi till ljus över tid i PeLEDs med TFPPO blir mindre effektiv än i de utan, till stor del på grund av ökningen av hinder relaterade till transport av laddning inom PeLED. Teamet föreslår också att även om TFPPO initialt fyller några luckor i perovskitens atomstruktur, öppnas dessa luckor snabbt igen, vilket gör att energieffektiviteten sjunker tillsammans med hållbarheten.

I framtiden hoppas Fernández kunna prova olika fosfinoxidtillsatser för att se om de ger olika effekter och varför.

“Det är tydligt att denna tillsats är otrolig när det gäller effektivitet”, säger Fernández. “Men dess effekter på stabilitet måste undertryckas för att ha något hopp om att kommersialisera detta material.”

Congreves labb arbetar också med att ta itu med andra begränsningar av PeLEDs, såsom svårigheten att producera violett och ultraviolett ljus. I en annan artikel nyligen i tidskriften Materia leds av doktoranden Manchen Hu (som också är medförfattare till Enhet papper), fann teamet att genom att tillsätta vatten till lösningen där perovskitkristaller bildas, kunde de producera PeLEDs som sänder ut starkt violett ljus fem gånger mer effektivt. Med ytterligare förbättringar kan ultravioletta PeLEDs sterilisera medicinsk utrustning, rena vatten och hjälpa till att odla inomhuskulturer – allt mer överkomligt än nuvarande lysdioder tillåter.

Referens: “Avvägning mellan effektivitet och stabilitet i Mn2+dopade perovskite lysdioder” av Sebastian Fernández, William Michaels, Manchen Hu, Pournima Narayanan, Natalia Murrietta, Arynn O. Gallegos, Ghada H. Ahmed, Junrui Lyu, Mahesh K. Gangishetty och Daniel N. Congreve, 1 augusti från 2023, Enhet.
DOI: 10.1016/j.device.2023.100017

Ytterligare medförfattare till denna Stanford-forskning inkluderar doktorand William Michaels, doktorand Pournima Narayanan, doktorand Natalia Murrietta, doktorand Arynn Gallegos, postdoktorand Ghada Ahmed och doktorand Junrui Lyu.

Denna forskning finansierades av Diversifying Academia, Recruiting Excellence (DARE) Fellowship, US Department of Energy, Stanford Graduate Fellowships in Science & Engineering (P. Michael Farmwald Fellow, Gabilan Fellow, och Scott A. och Geraldine D. Macomber Fellow), National GEM Consortium, Department of Electrical Engineering vid Stanford University och National Science Foundation. En del av detta arbete utfördes på Stanford Nano Shared Facilities, med stöd av National Science Foundation.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *