Las perovskitas de halogenuros metálicos son una nueva clase de materiales semiconductores para pantallas LED y recolección de energía solar. Sin embargo, los dispositivos de mejor rendimiento suelen estar hechos de perovskitas a base de plomo (Pb), cuya toxicidad puede causar posibles problemas ambientales. Para resolver el problema de toxicidad, Un método eficaz ha sido el uso de estaño (Sn) como reemplazo parcial o total del plomo en los materiales de perovskita. Esta estrategia ha sido particularmente exitosa para las células solares de perovskita. Sin embargo, Los materiales de perovskita a base de estaño (incluido el estaño-plomo) son generalmente muy malos emisores de luz, provocando un rendimiento insatisfactorio de los dispositivos emisores de luz (LED) de perovskita a base de estaño.

Una razón de esto es que se puede formar una alta densidad de defectos electrónicos durante el proceso de preparación de perovskitas a base de estaño, como estaño (Sn ²⁺ ) pueden oxidarse y el proceso de cristalización no está bien controlado. Los LED de perovskita a base de estaño con eficiencias cuánticas externas del 5% se informaron en 2020. Pero estas eficiencias solo fueron posibles con un brillo bajo (38 cd / m ² ), muy por debajo del requisito para aplicaciones de visualización (500-1000 cd / m ² ).

Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el profesor Di Dawei de la Facultad de Ciencias e Ingeniería Ópticas de la Universidad de Zhejiang descubrió que al usar germanio (Ge), un elemento del grupo IV respetuoso con el medio ambiente, para sustituir parcialmente el plomo en la perovskita, es posible crear materiales y dispositivos de perovskita altamente luminiscentes. Un artículo relacionado titulado "Diodos emisores de luz de perovskita de germanio y plomo" fue publicado por el equipo el 13 de julio en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

"En nuestro viaje hacia los LED de perovskita de baja toxicidad, hemos estado buscando metales alternativos respetuosos con el medio ambiente para reemplazar el plomo, "Dijo Di." Fue una agradable sorpresa que el germanio, el elemento entre el silicio y el estaño (en la tabla periódica) podría funcionar tan bien como una sustitución del plomo por aplicaciones LED ".

Dr. Yang Dexin, becario de investigación postdoctoral en el grupo de Di y primer autor del artículo, dijo "solíamos estudiar el efecto de los iones de germanio (Ge ²⁺ ) en aleaciones de telururo de germanio, y descubrió que los iones de germanio pueden ofrecer algunos beneficios en términos de pasivación de defectos ".

Las películas delgadas de perovskita de germanio y plomo mostraron altas eficiencias cuánticas de fotoluminiscencia (PLQE) de hasta el 71%. Esto supuso una mejora relativa de aproximadamente un 34% con respecto a las películas de perovskita a base de Pb preparadas de forma similar. Las altas eficiencias de luminiscencia provienen de los procesos radiativos mejorados y la reducción de las densidades de defectos en las perovskitas de germanio y plomo.

Usando estos materiales, Di y sus colegas demostraron por primera vez los LED de perovskita de germanio y plomo. "En nuestra demostración inicial, Logramos eficiencias cuánticas externas de hasta 13,1% con alto brillo (~ 1900 cd / m ² ) con un brillo máximo de más de 10000 cd / m ² . Este fue un récord de eficiencia para los LED de perovskita de toxicidad reducida, "dijo Yang.

"Si bien es cierto que se necesita más trabajo para mejorar el rendimiento y la estabilidad del dispositivo, Nuestros resultados sugieren una ruta prometedora hacia tecnologías de emisión de luz ecológicas basadas en semiconductores de perovskita. "dijo Di.