Химики из Университета Эмори разработали способ повысить эффективность светодиодов на основе перовскита почти до 40%. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature. Такие гибридные устройства могут применяться в биомедицинских сенсорах, системах съёмки при слабом освещении и автоматическом распознавании лиц.
В предыдущих работах квантовая эффективность перовскитных светодиодов, то есть способность превращать электричество в свет, обычно составляла 20–30%. Новая технология позволила довести максимальный показатель до 37%. «Наше открытие приводит к показателю эффективности, близкому к 40%. Это большой скачок», — сказал старший автор исследования, профессор химии Университета Эмори Летянь Доу.
Причину улучшения учёные обнаружили в химических процессах, происходящих в растворе при изготовлении устройств. Первый автор работы Сун-Ду Бэк, работавший в лаборатории Доу постдокторантом, отметил: «Мы обнаружили скрытые механизмы в растворе, используемом для создания этих устройств, которые ранее оставались без внимания». Исследователи установили, что нагрев раствора в течение 20 минут способствует образованию линейного соединения, повышающего эффективность, и одновременно подавляет появление кольцевого соединения, которое ухудшает характеристики.
Перовскитные светодиоды создают из солей галогенидов металлов и различных добавок. Компоненты растворяют, а затем наносят тонкими слоями на подложку в герметичной камере с очищенным азотом, защищающей материал от кислорода и влаги. После испарения растворителя вещества формируют кристаллическую структуру перовскита.
Необычно высокая эффективность одной из экспериментальных партий сначала заставила Бэка проверить, не проник ли в азотную камеру кислород. Однако эта версия не подтвердилась, и учёные сосредоточились на химии раствора. После нескольких месяцев экспериментов они синтезировали и очистили линейное соединение, а также разработали метод управления реакциями, что позволило поднять эффективность устройства до 37%.
Лаборатория Доу работает с гибридными светодиодами из металлогалогенидного перовскита, сочетающего органические и неорганические молекулы. Учёные стремятся создать лёгкие, гибкие, недорогие и долговечные устройства, особенно для ближнего инфракрасного диапазона. Такой свет используется в распознавании лиц, камерах ночного видения и медицинской визуализации тканей; дальнейшая работа направлена на повышение эффективности и срока службы технологии, а также на её применение в биомедицинских исследованиях. Как сообщает Университет Эмори, исследование финансировали Национальный научный фонд США и Министерство энергетики США.