Los investigadores han establecido un nuevo récord de eficiencia para los LED basados ​​en semiconductores de perovskita, rivalizando con el de los mejores LED orgánicos (OLED).

En comparación con los OLED, que son ampliamente utilizados en electrónica de consumo de alta gama, los LED basados ​​en perovskita, desarrollado por investigadores de la Universidad de Cambridge, se puede hacer a costos mucho más bajos, y se puede ajustar para emitir luz a través de los espectros visible e infrarrojo cercano con una alta pureza de color.

Los investigadores han diseñado la capa de perovskita en los LED para mostrar una eficiencia de luminiscencia interna cercana al 100%. abriendo aplicaciones futuras en la pantalla, iluminación y comunicaciones, así como células solares de próxima generación.

Estos materiales de perovskita son del mismo tipo que los que se encuentran para producir células solares altamente eficientes que algún día podrían reemplazar a las células solares de silicio comerciales. Si bien ya se han desarrollado LED basados ​​en perovskita, no han sido tan eficientes como los OLED convencionales para convertir la electricidad en luz.

LED de perovskita híbridos anteriores, desarrollado por primera vez por el grupo del profesor Sir Richard Friend en el Laboratorio Cavendish de la Universidad hace cuatro años, eran prometedores, pero pérdidas de la capa de perovskita, causado por pequeños defectos en la estructura cristalina, limitado su eficiencia de emisión de luz.

Ahora, Los investigadores de Cambridge del mismo grupo y sus colaboradores han demostrado que al formar una capa compuesta de perovskitas junto con un polímero, es posible lograr eficiencias de emisión de luz mucho más altas, cerca del límite de eficiencia teórico de los OLED de película delgada. Sus resultados se publican en la revista. Fotónica de la naturaleza .

"Esta estructura de polímero de perovskita elimina eficazmente las pérdidas no emisivas, la primera vez que esto se ha logrado en un dispositivo basado en perovskita, "dijo el Dr. Dawei Di del Laboratorio Cavendish de Cambridge, uno de los autores correspondientes del artículo. "Al combinar los dos, básicamente podemos evitar que los electrones y las cargas positivas se recombinen a través de los defectos en la estructura de la perovskita ".

La mezcla de perovskita-polímero utilizada en los dispositivos LED, conocida como heteroestructura a granel, está hecho de componentes de perovskita bidimensionales y tridimensionales y un polímero aislante. Cuando se proyecta un láser ultrarrápido sobre las estructuras, pares de cargas eléctricas que transportan energía se mueven desde las regiones 2-D a las regiones 3-D en una billonésima de segundo:mucho más rápido que las estructuras de perovskita en capas anteriores utilizadas en los LED. Las cargas separadas en las regiones 3-D luego se recombinan y emiten luz de manera extremadamente eficiente.

"Dado que la migración de energía de las regiones 2-D a las regiones 3-D ocurre tan rápidamente, y las cargas en las regiones 3-D están aisladas de los defectos por el polímero, estos mecanismos evitan que los defectos se involucren, evitando así la pérdida de energía, "dijo Di.

"Las mejores eficiencias cuánticas externas de estos dispositivos son superiores al 20% a las densidades de corriente relevantes para las aplicaciones de visualización, estableciendo un nuevo récord para los LED de perovskita, que es un valor de eficiencia similar al de los mejores OLED del mercado actual, "dijo Baodan Zhao, el primer autor del artículo.

Si bien los LED basados ​​en perovskita están comenzando a competir con los OLED en términos de eficiencia, todavía necesitan una mayor estabilidad si se van a adoptar en la electrónica de consumo. Cuando se desarrollaron por primera vez los LED basados ​​en perovskita, tenían una vida útil de unos pocos segundos. Los LED desarrollados en la investigación actual tienen una vida media cercana a las 50 horas, lo que supone una gran mejora en solo cuatro años, pero aún lejos de la vida útil requerida para aplicaciones comerciales, lo que requerirá un extenso programa de desarrollo industrial. "Comprender los mecanismos de degradación de los LED es clave para futuras mejoras, "dijo Di.