Ученые повысили яркость светодиодов из перовскитов

13:49, 22 августа 2023

Они дешевле и проще в изготовлении распространенных органических источников света

В УрФУ исследования ведутся под руководством Ивана Жидкова. Фото: Илья Сафаров.

Вдвое повысить яркость перовскитовых светодиодов сумели специалисты лаборатории фотовольтаических материалов УрФУ (создана при поддержке программы «Приоритет-2030») в составе международного научного коллектива, сообщают РИА Новости. По словам исследователей, разработка сделает производство таких светодиодов значительно проще и дешевле, чем распространенных сегодня органических источников света, используемых во многих современных экранах. Результаты опубликованы в Advanced Science.

Светодиоды — полупроводниковые устройства, которые излучают свет при протекании тока через них. Свет генерируется в результате электролюминесценции — процесса, с помощью которого можно получать излучение в узком диапазоне длин волн, то есть одного цвета. В экранах различных устройств используются диоды, испускающие красный, синий и зеленый свет, смешением которых можно получить все цвета, воспринимаемые человеческим глазом.

На сегодня большинство светодиодов в устройствах матричного отображения информации, например, экранах телефонов, ноутбуков и телевизоров, производятся на основе органических веществ. Технология их изготовления трудоемка и затратна. При этом, например, долговечность синих намного меньше, чем зеленых и красных, рассказали ученые. Поэтому многие исследовательские группы по всему миру разрабатывают светодиоды на основе альтернативных, более дешевых и стабильных материалов.

Коллектив ученых УрФУ и Национального университета Тайваня создал зеленый светодиод на основе перовскитов — перспективных материалов для солнечной энергетики и фотоники.

«Одним из главных преимуществ перовскитных светодиодов является простота их синтеза: они получаются из раствора, который кристаллизуется на подложке в практически готовом виде. Поэтому они дешевле и технологически проще в изготовлении», — пояснил заведующий лабораторией фотовольтаических материалов УрФУ, соавтор публикации Иван Жидков.

По словам разработчиков, светодиоды на основе перовскитов обладают высокой стабильностью и большим сроком службы. Однако им недостает яркости, которая зависит от эффективности переноса электронов от их источника к полупроводниковому минералу. Исследователи решили эту проблему.

«Строение светодиода можно представить как путь из одного пункта в другой. Для взаимодействия этих пунктов между собой нужна хорошая „трасса“. Мы разработали хорошее „дорожное покрытие“, которое сглаживает дефекты на границах слоев и обеспечивает стабильный ток электронов. Они попадают в перовскит и, соединяясь с носителями положительного заряда, вызывают свечение зеленым», — рассказал Жидков.

Для улучшения характеристик источника излучения ученые использовали квази-2D слой перовскита — тончайшую пленку материала с большой площадью поверхности. На него был помещен слой полимерного материала толщиной в один атом, обеспечивающий транспортировку носителей заряда от электрон-проводящего слоя к перовскиту.

По словам исследователей, они разработали технологию нанесения монослоя на перовскитную пленку, которая незначительно усложняет технологию производства светодиода в целом.

В дальнейшем коллектив планирует достичь еще большей яркости зеленых диодов и применить новую технологию для создания эффективных красных и синих светодиодов.