Mithilfe einer einfachen Lösungsmittelsiebmethode haben Forscher des Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) die Führung bei der Entwicklung hocheffizienter und stabiler Perowskit-Leuchtdioden (PeLEDs) mit Rekordleistung übernommen .
Ihr Studium ist veröffentlicht In Naturphotonik.
Perowskite sind aufgrund ihrer hervorragenden optoelektronischen Leistung und geringen Herstellungskosten eines der vielversprechendsten optoelektronischen Materialien. Im Vergleich zu herkömmlichen organischen Leuchtdioden (OLEDs) verfügen PeLEDs über ein schmaleres Lichtemissionsspektrum und eine überlegene Farbreinheit und weisen daher ein großes Anwendungspotenzial in der Anzeige und Beleuchtung auf.
Doch trotz erheblicher Effizienzfortschritte schränkte die geringe Betriebsstabilität lange Zeit die praktische Anwendung von PeLEDs ein. Insbesondere ein begrenztes Verständnis der Ursache der Perowskit-Instabilität hat die Entwicklung und Kommerzialisierung von PeLEDs stark behindert.
Basierend auf einer eingehenden Analyse der feinen Nanostrukturen von Perowskiten identifizierten die Forscher die defekte niedrige n-Phase der Perowskite als Hauptursache für die Perowskit-Instabilität. Die geringe Qualität der niedrigen n-Phase, die nur eine oder zwei Schichten Bleiionen enthielt, war auf den schnellen und unkontrollierbaren Kristallisationsprozess zurückzuführen.
Inspiriert durch den Prozess der Trennung von Sand unterschiedlicher Größe mit einem Sieb schlugen die Forscher eine Lösungsmittel-Siebmethode vor, um diese unerwünschten Phasen mit niedrigem n-Wert auszusortieren.
Den Forschern zufolge ist das Lösungsmittelsieb eine Kombination aus polaren und unpolaren Lösungsmitteln. Das polare Lösungsmittel fungiert als Netz, das mit Perowskiten interagiert, während das unpolare Lösungsmittel als Gerüst fungiert, das Perowskite nicht beeinflusst. Die Forscher passten das Verhältnis der polaren Lösungsmittel an, um die fehlerhaften Phasen mit niedrigem n-Wert effektiv zu entfernen.
Die auf den gesiebten Perowskiten basierenden PeLEDs erreichten unter normalen Bedingungen (Leuchtdichte 100 cd/m2) eine Betriebslebensdauer von mehr als 5,7 Jahren, mehr als 30-mal länger als das unbehandelte Gerät. Diese Rekordlebensdauer ist auch der höchste bisher gemeldete Wert für grüne PeLEDs und erreicht die grundlegende Schwelle für eine kommerzielle Anwendung.
Darüber hinaus erreichten diese PeLEDs eine rekordverdächtige externe Quanteneffizienz (EQE) von 29,5 %, wodurch die Effizienz der Umwandlung von Elektrizität in Licht deutlich verbessert wurde.
Wenn das Gerät der Umgebungsluft (50 ± 10 % Luftfeuchtigkeit) ausgesetzt wird, kann es 75 % seiner Photolumineszenz-Quantenausbeute des Films und 80 % seines EQE für mehr als 100 Tage beibehalten und weist somit eine hervorragende Stabilität auf.
Diese Lösungsmittelsiebmethode verbessert nicht nur die Lumineszenzleistung und Stabilität von PeLEDs erheblich, sondern ebnet auch den Weg für die zukünftige Entwicklung und Anwendung von Perowskiten mit einzigartigen Nanostrukturen und hervorragender Lumineszenzleistung.
Mehr Informationen:
Shuo Ding et al., Auflösung der Phasendimensionen effizienter und stabiler Perowskit-Leuchtdioden bei hoher Helligkeit, Naturphotonik (2024). DOI: 10.1038/s41566-023-01372-0