Ученые из Шанхайского университета под руководством профессора Сюйюна Янга разработали технологию создания ярких синих светодиодов на основе перовскитов. Долгое время синий спектр оставался «ахиллесовой пятой» этой технологии, что мешало созданию полноцветных дисплеев нового поколения. Использование специальных молекул-изомеров позволило не только получить насыщенный синий цвет, но и значительно продлить срок службы устройств по сравнению с предыдущими попытками, пишет Tech Xplore.
Перовскиты — это класс материалов с кристаллической структурой, которые считаются будущим индустрии дисплеев. Они привлекают ученых своей способностью излучать яркий свет при низких затратах энергии. Благодаря изменению химического состава их можно настраивать на любой цвет видимого спектра. Красный и зеленый цвета уже успешно освоены, однако создание качественного синего света оставалось серьезным препятствием.
Проблема заключается в том, что для получения синего свечения материалу требуется больший энергетический зазор между состояниями электронов. Чтобы преодолеть этот барьер, на устройство приходится подавать более высокое напряжение. Это создает сильное электрическое напряжение, которое дестабилизирует хрупкую ионную решетку перовскита и вызывает его быструю деградацию. В результате синие светодиоды получаются тусклыми и недолговечными.
Чтобы укрепить структуру материала, команда Янга обратилась к химии изомеров. Исследователи использовали два типа молекул (OBCl и NBCl), которые имеют одинаковый состав атомов, но разное пространственное расположение. Ключевой особенностью этих веществ является их способность как отдавать, так и принимать атом водорода.
Такая гибкость позволила молекулам образовать разветвленную сеть водородных связей по всему объему кристалла и на его границах со слоями устройства. Дополнительная структура сработала как внутренний каркас: она стабилизировала хрупкую решетку перовскита, облегчила движение зарядов и снизила энергию, необходимую для инжекции носителей заряда. По сути, молекулы сами укрепили материал изнутри.
Эффективность новых синих светодиодов достигла 16,8% для чистого синего цвета и 22,0% для глубокого синего оттенка. Хотя стабильность устройств также улучшилась, они пока работают несколько сотен часов — дольше предыдущих аналогов, но все еще недостаточно долго для коммерческого использования в телевизорах или смартфонах.
Тем не менее исследователи считают разработку значительным шагом вперед. Стратегия использования водородных связей может быть распространена далеко за пределы светодиодных экранов. Команда надеется применить новый подход для создания более эффективных перовскитных солнечных батарей и фотодатчиков, где стабильность материала играет решающую роль.
Ранее ученые создали микроскопические светодиоды, отличающиеся высокой эффективностью и точностью направления светового луча. Такие инновационные устройства вполне могут заменить традиционные лазеры в грядущих технологических разработках. Подробности — в другом материале Hi-Tech Mail.