Juste au moment où les aficionados de l'éclairage étaient dans un endroit sombre, Les LED sont venues à la rescousse. Durant la dernière décennie, Les technologies LED (abréviation de diode électroluminescente) ont balayé l'industrie de l'éclairage en offrant des fonctionnalités telles que la durabilité, efficacité et longue durée de vie.

Maintenant, Les chercheurs en ingénierie de Princeton ont éclairé une autre voie à suivre pour les technologies LED en affinant la fabrication de sources lumineuses à base de substances cristallines connues sous le nom de pérovskites, une alternative plus efficace et potentiellement moins coûteuse aux matériaux utilisés dans les LED trouvés sur les étagères des magasins.

Les chercheurs ont développé une technique dans laquelle des particules de pérovskite à l'échelle nanométrique s'auto-assemblent pour produire plus efficacement, LED à base de pérovskite stables et durables. L'avance, signalé le 16 janvier dans Photonique de la nature , pourrait accélérer l'utilisation des technologies pérovskites dans des applications commerciales telles que l'éclairage, lasers et écrans de télévision et d'ordinateur.

« Les performances des pérovskites dans les cellules solaires ont vraiment décollé ces dernières années, et ils ont des propriétés qui leur donnent beaucoup de promesses pour les LED, mais l'incapacité à créer des films de pérovskite de nanoparticules uniformes et brillants a limité leur potentiel, " a déclaré Barry Rand, professeur adjoint de génie électrique et du Centre Andlinger pour l'énergie et l'environnement à Princeton.

"Notre nouvelle technique permet à ces nanoparticules de s'auto-assembler pour créer des films à grains ultra-fins, une avancée dans la fabrication qui fait des LED pérovskites une alternative viable aux technologies existantes, " Rand, le chercheur principal, ajoutée.

Les LED émettent de la lumière lorsqu'une tension est appliquée à travers la LED. Lorsque la lumière est allumée, le courant électrique force les électrons du côté négatif de la diode vers le côté positif. Cela libère de l'énergie sous forme de lumière. Les LED fonctionnent mieux lorsque ce courant peut être strictement contrôlé. Dans les appareils de Rand, les films minces à base de nanoparticules ont permis exactement cela.

Les LED présentent de nombreux avantages par rapport aux ampoules à incandescence, y compris la durabilité, Longue vie, taille plus petite, efficacité énergétique et faible chaleur. Bien qu'elles soient encore plus chères que les lampes fluorescentes pour l'éclairage de la pièce, ils sont plus économes en énergie, s'allument plus rapidement et présentent moins de problèmes environnementaux liés à l'élimination.

L'équipe de Rand et d'autres chercheurs explorent les pérovskites comme alternative potentielle à moindre coût au nitrure de gallium (GaN) et à d'autres matériaux utilisés dans la fabrication des LED. Des LED à moindre coût accéléreraient l'acceptation des ampoules, réduire la consommation d'énergie et les impacts environnementaux.

La pérovskite est un minéral découvert au milieu des années 1800 en Russie et nommé en l'honneur du minéralogiste russe Lev Perovski. Le terme « pérovskite » s'étend à une classe de composés qui partagent la structure cristalline du minéral de Perovski, une combinaison distincte de formes cuboïdes et en losange.

Les pérovskites présentent un certain nombre de propriétés intrigantes - elles peuvent être supraconductrices ou semiconductrices, en fonction de leur structure, qui en font des matériaux prometteurs pour une utilisation dans les appareils électriques. Dans les années récentes, ils ont été présentés comme un remplacement potentiel du silicium dans les panneaux solaires :moins chers à fabriquer tout en offrant une efficacité égale à celle de certaines cellules solaires à base de silicium.

Des couches de pérovskite hybride organique-inorganique sont fabriquées en dissolvant des précurseurs de pérovskite dans une solution contenant un halogénure de métal et un halogénure d'ammonium organique. C'est un processus relativement bon marché et simple qui pourrait offrir une alternative peu coûteuse aux LED à base de silicium et d'autres matériaux.

Cependant, tandis que les films semi-conducteurs résultants pourraient émettre de la lumière dans des couleurs vives, les cristaux formant la structure moléculaire des films étaient trop gros, ce qui les rendait inefficaces et instables.

Dans leur nouveau papier, Rand et son équipe signalent que l'utilisation d'un autre type d'halogénure d'ammonium organique, et en particulier un halogénure d'ammonium à longue chaîne, à la solution de pérovskite pendant la production a considérablement limité la formation de cristaux dans le film. Les cristallites résultantes étaient beaucoup plus petites (environ 5 à 10 nanomètres de diamètre) que celles générées avec les méthodes précédentes, et les films de pérovskite aux halogénures étaient beaucoup plus minces et plus lisses.

Cela a conduit à une meilleure efficacité quantique externe, ce qui signifie que les LED ont émis plus de photons par nombre d'électrons entrant dans l'appareil. Les films étaient également plus stables que ceux produits par d'autres méthodes.

Russell Holmes, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université du Minnesota, a déclaré que la recherche de Princeton rapproche les LED à base de pérovskite de la commercialisation.

"Leur capacité à contrôler le traitement de la pérovskite ultra-plate générée, couches minces nanocristallines adaptées aux dispositifs à haut rendement, " dit Holmes, qui n'a pas participé à la recherche. "Ce schéma de traitement élégant et général aura probablement une large application à d'autres matériaux actifs pérovskites et plates-formes de dispositifs."