Dioda pemancar cahaya yang efisien dibuat dengan mengendapkan perovskit pada antarmuka fluorida
Semiconductor

Dioda pemancar cahaya yang efisien dibuat dengan mengendapkan perovskit pada antarmuka fluorida


Kredit: Zhao et al.

Dioda pemancar cahaya (LED) adalah perangkat yang memancarkan cahaya ketika arus listrik mengalir melaluinya, secara tradisional dibuat menggunakan bahan semikonduktor. Selama beberapa tahun terakhir, para ilmuwan dan insinyur elektronik telah mengeksplorasi potensi LED yang terbuat dari perovskit, kelas bahan yang sering digunakan untuk membuat teknologi fotovoltaik (PV) dengan banyak kemungkinan komposisi dan berbagai sifat potensial, seperti superkonduktivitas dan magnetoresistensi.

Sementara beberapa LED berbasis perovskit baru-baru ini mencapai efisiensi kuantum eksternal lebih dari 20%, terutama yang terbuat dari perovskit halida, kinerjanya dapat dipengaruhi secara negatif oleh kehilangan rekombinasi non-radiatif. Selain itu, perovskit hanya dapat disimpan pada berbagai bahan pengangkut muatan yang terbatas, yang dapat membatasi potensi mereka untuk membuat LED dengan kinerja yang ditingkatkan.

Para peneliti di Universitas Cambridge dan Universitas Zhejiang baru-baru ini menciptakan LED yang sangat efisien dengan menyimpan perovskit dimensi campuran pada antarmuka lithium fluorida yang tipis. Strategi fabrikasi yang mereka gunakan, dijabarkan dalam artikel sampul edisi terbaru Nature Electronics, menghasilkan LED dengan efisiensi kuantum eksternal yang luar biasa, sekaligus memungkinkan pengendapan perovskit pada bahan yang biasanya tidak cocok dengannya.

Para peneliti telah melakukan penelitian LED berbasis perovskit selama beberapa tahun sekarang. Kembali pada tahun 2018, mereka menciptakan LED inframerah-dekat menggunakan heterostruktur polimer-perovskit yang mencapai efisiensi kuantum eksternal lebih dari 20% dan efisiensi kuantum internal hampir 100%.

Saat mereka membuat LED ini, serta perangkat lain, para peneliti menemui kesulitan dalam menggabungkan lapisan perovskit dengan lapisan pengangkut muatan yang tidak sesuai dengan proses deposisi perovskit. Misalnya, mereka mencoba menggunakan TFB, semikonduktor polimer pengangkut lubang yang sebelumnya mereka gunakan untuk membuat OLED yang diproses dengan solusi efisiensi tinggi untuk membangun LED perovskit hijau yang efisien; namun, mereka mencapai hasil yang buruk.

“Kami menyadari bahwa tidak mungkin membentuk lapisan perovskit yang memancarkan pada polimer TFB karena hidrofobisitas yang kuat dari permukaan polimer,” Prof Dawei Di dari Universitas Zhejiang, yang bersama-sama mengawasi pekerjaan dengan Prof. Richard Friend dari Universitas Cambridge, kata TechXplore. “Jadi, motivasi studi baru kami adalah untuk secara andal menyimpan film pemancar cahaya perovskit dimensi campuran pada lapisan pengangkut muatan yang sesuai untuk LED berkinerja tinggi. Untungnya, kami menemukan bahwa dengan melapisi permukaan TFB dengan antarmuka dielektrik kutub seperti lapisan tipis nanometer dari litium fluorida, dimungkinkan untuk membentuk lapisan perovskit yang sangat bercahaya untuk LED yang efisien. ”

Untuk membuat LED berbasis perovskit berdimensi campuran, para peneliti terlebih dahulu menyiapkan larutan prekursor perovskit. Mereka kemudian melanjutkan dengan deposisi spin-coating dari TFB polimer pengangkut lubang pada substrat kaca berlapis ITO. Ini diikuti oleh perlakuan anil termal dan penguapan termal dari lapisan fluorida litium tipis pada permukaan TFB.

Dioda pemancar cahaya yang efisien dibuat dengan mengendapkan perovskit pada antarmuka fluorida

Kredit: Zhao et al.

Larutan prekursor perovskit diendapkan pada TFB berlapis litium fluorida dan lapisan pengangkut elektron organik TPBi dibuat melalui penguapan termal. Akhirnya, para peneliti menguapkan kontak lithium fluoride / aluminium secara termal melalui masker bayangan dan membungkus LED.

“Perbedaan utama antara desain baru ini dan desain yang kami buat di masa lalu adalah kami sekarang telah menyisipkan lapisan tipis lithium fluorida antara lapisan pengangkut lubang polimer dan lapisan perovskit,” kata Di. “Lapisan fluorida menahan struktur perangkat multi-lapisan ‘seperti sandwich’ bersama-sama. Yang penting, seperti yang telah kami temukan dalam penelitian kami sebelumnya, kunci efisiensi LED perovskit yang tinggi adalah penghapusan kehilangan energi non-radiasi antarmuka. Antarmuka fluorida melayani tujuan ini dengan sangat baik. “

Desain LED baru memiliki banyak keunggulan. Yang paling luar biasa, bagaimanapun, adalah bahwa itu memungkinkan kombinasi perovskit dengan berbagai lapisan pengangkut lubang polimer yang biasanya tidak kompatibel dengan mereka, dengan memperkenalkan antarmuka lithium fluorida yang sangat polar di antara kedua bahan. Antarmuka ini membuat permukaan polimer menjadi hidrofobik, memungkinkan perovskit terbentuk di atasnya.

“Kami mengamati bahwa efisiensi kuantum photoluminescence dari film perovskit yang kami siapkan terkait dengan polaritas ikatan kimia di antarmuka tempat mereka disimpan,” kata Baodan Zhao dan Yaxiao Lian, penulis pertama makalah ini, kepada Tech Xplore melalui surel.

Hubungan antara efisiensi kuantum photoluminescence dari film perovskit dan polaritas ikatan kimia dalam antarmuka yang diungkapkan oleh para peneliti memiliki implikasi penting. Faktanya, ini pada dasarnya berarti bahwa efisiensi emisi dari LED berbasis perovskit dapat dengan mudah dikontrol dengan mengubah sifat kimia substrat tempat mereka ditempatkan.

“Kami menemukan bahwa dengan menggunakan lapisan antarmuka fluorida ultrathin, dimungkinkan untuk membentuk dan mengintegrasikan lapisan perovskit yang sangat bercahaya ke dalam struktur perangkat LED yang mirip dengan OLED yang diproses dengan solusi efisiensi tinggi,” kata Di. “Perangkat kami mencapai efisiensi kuantum eksternal yang tinggi> 19,1% pada kecerahan tinggi (> 1500 cd / m2) relevan dengan aplikasi tampilan. Temuan kami memperluas perpustakaan arsitektur perangkat LED perovskite yang saat ini terbatas dan dapat mempercepat pengembangan di bidang ini. “

Dengan mengaktifkan pengendapan perovskit pada polimer yang biasanya tidak sesuai, strategi fabrikasi baru membuka kemungkinan yang menarik untuk pengembangan perangkat berbasis perovskit. Dalam pekerjaan mereka di masa mendatang, para peneliti akan terus menyelidiki potensi strategi desain yang mereka identifikasi, sambil juga mengeksplorasi pendekatan alternatif untuk membuat LED.

“Kami sekarang berencana untuk lebih meningkatkan efisiensi emisi cahaya LED perovskit dengan menggunakan mekanisme seperti daur ulang foton, sebuah proses yang dapat menggunakan kembali foton yang hilang di perangkat,” kata Di. “Kami juga akan mengerjakan LED perovskite biru dan masalah yang terkait dengan stabilitas operasional.”


Rekor efisiensi baru ditetapkan untuk LED perovskit


Informasi lebih lanjut:
Baodan Zhao dkk. Dioda pemancar cahaya yang efisien dari perovskit dimensi campuran pada antarmuka fluorida, Nature Electronics (2020). DOI: 10.1038 / s41928-020-00487-4

Baodan Zhao dkk. Dioda pemancar cahaya heterostruktur perovskit-polimer berefisiensi tinggi, Nature Photonics (2018). DOI: 10.1038 / s41566-018-0283-4

Dawei Di dkk. Dioda pemancar cahaya berkinerja tinggi berdasarkan karbena-logam-amida, Ilmu (2017). DOI: 10.1126 / science.aah4345

© 2020 Science X Network

Kutipan: Dioda pemancar cahaya efisien yang dibuat dengan menyimpan perovskit pada antarmuka fluoride (2020, 20 November), diakses 27 November 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-11-efficient-light-emitting-diodes-depositing-perovskites .html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : http://54.248.59.145/