Les chercheurs ont établi un nouveau record d'efficacité pour les LED à base de semi-conducteurs pérovskites, rivalisant avec celui des meilleures LED organiques (OLED).

Par rapport aux OLED, qui sont largement utilisés dans l'électronique grand public haut de gamme, les LED à base de pérovskite, développé par des chercheurs de l'Université de Cambridge, peut être fait à des coûts beaucoup plus bas, et peut être réglé pour émettre de la lumière dans les spectres visible et proche infrarouge avec une pureté de couleur élevée.

Les chercheurs ont conçu la couche de pérovskite dans les LED pour montrer une efficacité de luminescence interne proche de 100%, ouvrir de futures applications en display, éclairage et communication, ainsi que des cellules solaires de nouvelle génération.

Ces matériaux pérovskites sont du même type que ceux trouvés pour fabriquer des cellules solaires très efficaces qui pourraient un jour remplacer les cellules solaires au silicium commerciales. Alors que des LED à base de pérovskite ont déjà été développées, ils n'ont pas été aussi efficaces que les OLED classiques pour convertir l'électricité en lumière.

Anciennes LED hybrides pérovskites, développé pour la première fois par le groupe du professeur Sir Richard Friend au laboratoire Cavendish de l'Université il y a quatre ans, étaient prometteurs, mais des pertes de la couche de pérovskite, causée par de minuscules défauts dans la structure cristalline, limité leur efficacité d'émission de lumière.

Maintenant, Des chercheurs de Cambridge du même groupe et leurs collaborateurs ont montré qu'en formant une couche composite de pérovskites avec un polymère, il est possible d'atteindre des rendements d'émission de lumière beaucoup plus élevés, proche de la limite d'efficacité théorique des OLED à couche mince. Leurs résultats sont publiés dans la revue Photonique de la nature .

"Cette structure pérovskite-polymère élimine efficacement les pertes non émissives, la première fois que cela a été réalisé dans un appareil à base de pérovskite, " a déclaré le Dr Dawei Di du laboratoire Cavendish de Cambridge, l'un des auteurs correspondants de l'article. "En mélangeant les deux, nous pouvons fondamentalement empêcher les électrons et les charges positives de se recombiner via les défauts de la structure pérovskite."

Le mélange pérovskite-polymère utilisé dans les dispositifs LED, connue sous le nom d'hétérostructure en vrac, est constitué de composants de pérovskite bidimensionnels et tridimensionnels et d'un polymère isolant. Lorsqu'un laser ultra-rapide est braqué sur les structures, des paires de charges électriques qui transportent de l'énergie se déplacent des régions 2D vers les régions 3D en un billionième de seconde :beaucoup plus rapidement que les structures de pérovskite en couches utilisées dans les LED. Les charges séparées dans les régions 3-D se recombinent ensuite et émettent de la lumière de manière extrêmement efficace.

« Comme la migration d'énergie des régions 2D vers les régions 3D se produit si rapidement, et les charges dans les régions 3-D sont isolées des défauts par le polymère, ces mécanismes empêchent les défauts d'intervenir, évitant ainsi les pertes d'énergie, " a déclaré Di.

« Les meilleurs rendements quantiques externes de ces appareils sont supérieurs à 20 % aux densités de courant pertinentes pour les applications d'affichage, établir un nouveau record pour les LED pérovskites, qui est une valeur d'efficacité similaire aux meilleurs OLED sur le marché aujourd'hui, " dit Baodan Zhao, le premier auteur de l'article.

Alors que les LED à base de pérovskite commencent à rivaliser avec les OLED en termes d'efficacité, ils ont encore besoin d'une meilleure stabilité pour être adoptés dans l'électronique grand public. Lorsque les LED à base de pérovskite ont été développées pour la première fois, ils avaient une durée de vie de quelques secondes seulement. Les LED développées dans les recherches en cours ont une demi-vie proche de 50 heures, ce qui représente une énorme amélioration en seulement quatre ans, mais encore loin des durées de vie requises pour les applications commerciales, qui nécessitera un vaste programme de développement industriel. « Comprendre les mécanismes de dégradation des LED est la clé des améliorations futures, " a déclaré Di.