Justo cuando los aficionados a la iluminación estaban en un lugar oscuro, Los LED vinieron al rescate. En la última década, Las tecnologías LED, abreviatura de diodo emisor de luz, han arrasado en la industria de la iluminación al ofrecer características como durabilidad, eficiencia y larga vida.

Ahora, Los investigadores de ingeniería de Princeton han iluminado otro camino a seguir para las tecnologías LED al refinar la fabricación de fuentes de luz hechas con sustancias cristalinas conocidas como perovskitas. una alternativa más eficiente y potencialmente de menor costo a los materiales utilizados en los LED que se encuentran en los estantes de las tiendas.

Los investigadores desarrollaron una técnica en la que las partículas de perovskita a nanoescala se autoensamblan para producir, LEDs estables y duraderos basados ​​en perovskita. El avance, informó el 16 de enero en Fotónica de la naturaleza , podría acelerar el uso de tecnologías de perovskita en aplicaciones comerciales como iluminación, láseres y pantallas de televisión y computadora.

"El rendimiento de las perovskitas en las células solares realmente ha despegado en los últimos años, y tienen propiedades que les dan mucha promesa para los LED, pero la incapacidad de crear películas de perovskita de nanopartículas uniformes y brillantes ha limitado su potencial, ", dijo Barry Rand, profesor asistente de ingeniería eléctrica y el Centro Andlinger de Energía y Medio Ambiente en Princeton.

"Nuestra nueva técnica permite que estas nanopartículas se autoensamblen para crear películas de grano ultrafino, un avance en la fabricación que hace que los LED de perovskita parezcan más una alternativa viable a las tecnologías existentes, "Rand, el investigador principal, adicional.

Los LED emiten luz cuando se aplica voltaje a través del LED. Cuando la luz se enciende, la corriente eléctrica fuerza a los electrones del lado negativo del diodo al lado positivo. Esto libera energía en forma de luz. Los LED funcionan mejor cuando esta corriente se puede controlar estrictamente. En los dispositivos de Rand, las delgadas películas basadas en nanopartículas permitieron precisamente eso.

Los LED tienen muchas ventajas sobre las bombillas incandescentes, incluida la durabilidad, vida más larga, tamaño más pequeño, eficiencia energética y baja temperatura. Si bien siguen siendo más caras que las luces fluorescentes para la iluminación de habitaciones, son más eficientes energéticamente, se encienden más rápido y presentan menos preocupaciones ambientales relacionadas con la eliminación.

El equipo de Rand y otros investigadores están explorando las perovskitas como una alternativa potencial de menor costo al nitruro de galio (GaN) y otros materiales utilizados en la fabricación de LED. Los LED de menor costo acelerarían la aceptación de las bombillas, Reducir el uso de energía y los impactos ambientales.

La perovskita es un mineral descubierto originalmente a mediados del siglo XIX en Rusia y llamado así en honor al mineralogista ruso Lev Perovski. El término "perovskita" se extiende a una clase de compuestos que comparten la estructura cristalina del mineral de Perovski, una combinación distintiva de formas cuboides y romboidales.

Las perovskitas exhiben una serie de propiedades intrigantes:pueden ser superconductoras o semiconductoras, dependiendo de su estructura, lo que los convierte en materiales prometedores para su uso en dispositivos eléctricos. En años recientes, se han promocionado como un posible reemplazo del silicio en los paneles solares:más baratos de fabricar y, al mismo tiempo, ofrecen la misma eficiencia que algunas células solares basadas en silicio.

Las capas híbridas de perovskita orgánico-inorgánico se fabrican disolviendo precursores de perovskita en una solución que contiene un haluro metálico y un haluro de amonio orgánico. Es un proceso relativamente barato y simple que podría ofrecer una alternativa económica a los LED basados ​​en silicio y otros materiales.

Sin embargo, mientras que las películas semiconductoras resultantes podrían emitir luz en colores vivos, los cristales que forman la estructura molecular de las películas eran demasiado grandes, lo que los hizo ineficientes e inestables.

En su nuevo periódico, Rand y su equipo informan que el uso de un tipo adicional de haluro de amonio orgánico, y en particular un haluro de amonio de cadena larga, a la solución de perovskita durante la producción limitó drásticamente la formación de cristales en la película. Los cristalitos resultantes eran mucho más pequeños (alrededor de 5-10 nanómetros de diámetro) que los generados con métodos anteriores, y las películas de perovskita de haluro eran mucho más delgadas y suaves.

Esto condujo a una mejor eficiencia cuántica externa, lo que significa que los LED emitían más fotones por número de electrones que ingresaban al dispositivo. Las películas también fueron más estables que las producidas por otros métodos.

Russell Holmes, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Minnesota, dijo que la investigación de Princeton acerca los LED basados ​​en perovskita a la comercialización.

"Su capacidad para controlar el procesamiento de la perovskita genera ultraplano, películas delgadas nanocristalinas adecuadas para dispositivos de alta eficiencia, "dijo Holmes, que no participó en la investigación. "Este esquema de procesamiento elegante y general probablemente tendrá una amplia aplicación en otros materiales activos de perovskita y plataformas de dispositivos".