Avanti più luminoso ed efficiente

Di Stanford University School of Engineering25 agosto 2023

Otto substrati LED di perovskite verde nel laboratorio di Congreve si illuminano mentre i ricercatori li illuminano con la luce ultravioletta. Credito: Sebastian Fernández / Università di Stanford

Armeggiando con la composizione materiale dei LED in perovskite, un tipo di LED più economico e più facile da realizzare, i ricercatori di Stanford hanno ottenuto miglioramenti in termini di luminosità ed efficienza, ma hanno visto le loro luci spegnersi dopo pochi minuti di utilizzo.

È probabile che lo schermo da cui stai leggendo si illumini grazie ai diodi emettitori di luce, comunemente noti come LED. Questa tecnologia diffusa fornisce un’illuminazione interna ad alta efficienza energetica e illumina sempre più i monitor dei nostri computer, televisori e schermi degli smartphone. Sfortunatamente, richiede anche un processo di produzione relativamente laborioso e costoso.

Nella speranza di colmare questa lacuna, i ricercatori di Stanford hanno testato un metodo che aumentava la luminosità e l’efficienza dei LED alla perovskite, o PeLED, un’alternativa più economica e più facile da realizzare. I loro miglioramenti, tuttavia, hanno fatto sì che le luci si spegnessero in pochi minuti, dimostrando gli attenti compromessi che devono essere compresi per far avanzare questa classe di materiali.

“Abbiamo fatto grandi passi avanti per capire perché è degradante. La domanda è: possiamo trovare un modo per mitigarlo mantenendo l’efficienza?” dice Dan Congreve, assistente professore di ingegneria elettrica e autore senior dell'articolo, pubblicato all'inizio di questo mese sulla rivista Device. “Se riusciamo a farlo, penso che possiamo davvero iniziare a lavorare verso una soluzione commerciale praticabile”.

Otto LED verdi di perovskite drogata al manganese nel laboratorio di Congreve si illuminano mentre i ricercatori li attraversano con corrente elettrica. Credito: Sebastian Fernández / Università di Stanford

In simplest terms, LEDs transform electrical energy into light by passing electric current through a semiconductor – layers of crystalline material that emits light with an applied electric field. But creating those semiconductorsSemiconductors are a type of material that has electrical conductivity between that of a conductor (such as copper) and an insulator (such as rubber). Semiconductors are used in a wide range of electronic devices, including transistors, diodes, solar cells, and integrated circuits. The electrical conductivity of a semiconductor can be controlled by adding impurities to the material through a process called doping. Silicon is the most widely used material for semiconductor devices, but other materials such as gallium arsenide and indium phosphide are also used in certain applications." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">I semiconduttori diventano complessi e costosi rispetto alle luci meno efficienti dal punto di vista energetico come quelle a incandescenza e fluorescenti.

"Molti di questi materiali vengono coltivati ​​su superfici costose come un substrato di zaffiro da quattro pollici", afferma Sebastian Fernández, uno studente di dottorato nel laboratorio di Congreve e autore principale dell'articolo. “Solo l’acquisto di questo substrato costa poche centinaia di dollari”.

I PeLED utilizzano un semiconduttore noto come perovskite ad alogenuri metallici, composto da una miscela di diversi elementi. Gli ingegneri possono coltivare cristalli di perovskite su substrati di vetro, risparmiando una somma significativa rispetto ai normali LED. Possono anche sciogliere la perovskite in soluzione e “dipingerla” sul vetro per creare uno strato che emette luce, un processo di produzione più semplice di quello richiesto dai normali LED.

Questi vantaggi potrebbero rendere possibile un’illuminazione interna efficiente dal punto di vista energetico per una parte maggiore dell’ambiente costruito, riducendo la domanda di energia. I PeLED potrebbero anche migliorare la purezza del colore degli smartphone e dei display TV. "Un verde è più verde, un blu è più blu", afferma Congreve. "Puoi letteralmente vedere più colori dal dispositivo."

Most PeLEDs today, however, peter out after just a few hours. And they often don’t match the energy efficiency of standard LEDs, due to random gaps in the perovskite’s atomic structure known as defects. “There should be an atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"atom here, but there’s not,” Congreve explains. “Energy goes in there, but you don’t get light out, so it harms the overall efficiency of the device.”/p>