Вчені уральського федерального університету (урфу, єкатеринбург) в партнерстві з колегами з китаю розробили архітектуру перовскітних світлодіодів з червоним випромінюванням (peled). Нова архітектура дозволяє мінімізувати втрати оптичної енергії, значно збільшити ефективність і тривалість терміну служби світлодіодів. З її допомогою можна створювати високопродуктивні світлодіоди (ергономічні, з високою яскравістю і тривалістю роботи) для освітлювальних приладів, дисплеїв телевізорів, комп’ютерів, планшетів, смартфонів та інших електронних пристроїв. Стаття з викладом змісту і результатів досліджень опублікована в журналі advanced functional materials.
Вчені експериментально встановили, що пікова квантова ефективність (співвідношення вкладеної і вийшла енергії) світлодіодів з новою архітектурою — 21,2% — вище, ніж у світлодіода з плоскою поверхнею. При однаковій напрузі струму новий світлодіод світить майже в 2,5 рази яскравіше, а тривалість періоду його продуктивної роботи в 1,75 рази більше.
” при довжині хвилі 666 нанометрів і початковій яскравості світіння 100 кандел/квадратний метр отримана пікова квантова ефективність модифікованого світлодіода спостерігалася протягом майже 4807 годин. Це найдовший термін високопродуктивної служби в порівнянні з аналогічними peled, наявними в світі. Наприклад, тривалість експлуатації світлодіода з такими ж параметрами яскравості і показником ефективності 21,3% — всього 5 хвилин. Ккд світлодіода, термін служби якого при аналогічній яскравості становить 694 години — – 6,2%», — розповідає доцент кафедри електрофізики уральського федерального університету, учасник досліджень і співавтор статті іван жидков.
Як правило, втрати оптичної енергії виникають в перовскітних світлодіодах з плоскою структурою міжшарових інтерфейсів. Це відбувається через відображення і часткового поглинання функціональними шарами світлодіода (перовскітним, дірочно-транспортним, електронно-транспортним шарами і шаром скла) квантів світла — фотонів.
” наш дослідницький колектив вирішив проблему, модифікувавши органічний перовскітний випромінювач peled і його світловивідні наноструктури. Так, поверхня світлодіода була ускладнена певним порядком численних “візерунків“ – “півсфер” висотою кілька нанометрів. Це призвело до істотного поліпшення світловіддачі і, як наслідок, до значного зменшення повторного поглинання фотонів», — пояснює іван жидков.
При підвищенні світловіддачі напруга електричного струму, необхідного для забезпечення яскравості світіння світлодіода, може бути знижена. Тому, коли поглинається менша кількість фотонів, зменшується і так званий джоулев нагрів — тепловиділення всередині світлодіодного пристрою, який викликається електричним струмом. Якщо в плоскому світлодіоді температура поверхні вже через 20 секунд підвищувалася до 32°c, а через 50 секунд — до 35°c, то в пристрої з візерунчастою поверхнею температура досягала за 100 секунд 30°c і потім стабілізувалася на цьому рівні. Зниження температури світлодіода запобігло його термічну деградацію і продовжило термін його служби.
Зазначимо, над створенням нового світлодіода працювали вчені університету сучжоу, китайської академії наук, східно-китайського педагогічного університету (шанхай) і уральського федерального університету (єкатеринбург). Раніше дослідницький колектив в журналі advanced science описав створення нових високопродуктивних peled з небесно-блакитним випромінюванням. Спосіб отримання цих світлодіодних пристроїв відрізняється простотою і ефективністю, а самі світлодіоди володіють великими для даного класу пристроїв розмірами (100 і 400 мм2) і значною пікової квантової ефективністю — 9,2% і 6,1% відповідно.
Світлодіоди-напівпровідникові прилади, що створюють оптичне випромінювання при пропущенні через них електричного струму. Перовскітні світлодіоди — peled) – багатообіцяючі пристрої для застосування в приладах освітлення і дисплеях наступного покоління. Їх перспективні характеристики-технологічність і економічність виробництва, високий квантовий вихід фотолюмінесценції і особлива яскравість, екологічність. Однак, незважаючи на швидкий розвиток перовскітних світлодіодів, їх широке практичне застосування затримується проблемою недостатньо тривалої стабільності. Через підвищення температури, викликаного джоулевим нагріванням, і інших причин період безперервної продуктивної роботи обмежується годинами і навіть хвилинами.
