Инженеры создают светодиоды будущего

Американские ученые впервые разработали светодиод на основе кристаллического вещества — минерала перовскита. Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics.

За последние десятилетия светодиоды зарекомендовали себя как более долговечную и энергоэффективную замену лампам накаливания. Также светодиоды активно используются в подсветке ЖК-экранов компьютеров, телевизоров и мобильных телефонов. Теперь инженеры из Принстонского университета придумали, как создать еще более эффективные светодиоды, а также снизить их стоимость и увеличить прочность.

Для этой цели ученые использовали минерал перовскит (CaTiO₃). Обычно для производства светодиодов используется нитрид галлия (GaN). Перовскит может быть сверхпроводником или полупроводником в зависимости от структуры — это свойство делает минерал перспективным материалом для использования в электрических устройствах. Последнее время перовскит рассматривается даже в качестве потенциальной замены кремния в солнечных батареях, поскольку такие батареи будут дешевле в производстве, а по эффективности не уступят кремниевым.

Однако при изготовлении перовскитной пленки возникают трудности. При растворении соединений-предшественников перовскита в растворе, содержащем галогениды металлов и галогенид аммония, образуется пленка из кристаллов. Эти кристаллы получаются слишком крупными, что делает пленку неустойчивой и снижает квантовый выход светодиода.

В своей работе ученые добавили в раствор органический галогенид аммония. Длинная углеводородная цепочка этого соединения позволяла ограничивать образование крупных кристаллов. В результате инженерам удалось получить более мелкокристаллическую пленку (с кристаллами диаметром 5-10 нанометров). Это повысило стабильность пленки, а также привело к улучшению энергоэффективности светодиода.

По словам ученых, такие светодиоды на основе нано-кристаллических тонких пленок из перовскита являются светодиодами нового поколения: они более долговечные, эффективные и дешевые. Исследователи надеются, что скоро такие светодиоды будут использоваться вместо обычных в экранах смартфонов и ноутбуков, а также в уличном и бытовом освещении.