Princeton Perovskite LED突破使下一代照明和展示

普林斯顿研究人员精炼制造了用钙质的晶体结构制造的发光二极管，更有效且潜在的低成本替代电流LED中使用的材料。

发光二极管或LED在现代生活中几乎普遍存在，在手机显示屏，电视和灯光下提供亮度。一种新的LED，由一类称为Halide Perovskites的材料制成，承诺更高的颜色质量和易于制造，但是已知在经过通常需要的电流所需的电流时失效。现在，电气工程副教授和能源和环境副教授的Barry Rand以及一支研究人员的团队通过更好地管理LED产生的热量来显着提高材料的稳定性和性能。

公布在杂志的先进材料中的研究确定了几种减少材料积聚的技术，该技术延长了其寿命十倍。当研究人员防止设备过热时，它们能够泵送足够的电流，以产生比典型的手机显示器更强烈的数百倍。在每平方米的瓦特中测量的强度反映了来自设备的真正的光线，不受人眼或光的颜色造成的。以前，这种电流水平会导致导致失败。

提前通过增强佩罗夫斯基钛矿LED的良好性质并允许实际利用这些特性来扩展新的亮度记录，并扩大了材料的限制，并允许实际利用这些特性。

“这是我们第一次表明，热量似乎是这些材料在高速上运行的主要瓶颈，”兰德说。“这意味着材料可用于明亮的灯光和显示器，从未被认为是可能的。”

兰德也是Andlinger Centre的外部伙伴关系司司长副主任，表示，明确的途径现在是开放的，以进一步开发，但警告该技术仍然是100至20年的广泛商业用途。

在设备内含有焦耳热的累积，或者由电流产生的热量，研究人员有条不紊地解决了关键元素。它们在装置中设计了材料的组合物，使其更具导电，因此在操作期间产生更少的热量。他们使器件比平常更窄，大约十分之一像一缕人头发一样薄，以实现更好的散热。并且，它们添加了从敏感电气部件传导热量的散热器，或者有助于分散热量。

一旦这些关键要素到位，它们就会效用策略以不断地“脉冲”设备，或者快速将其打开和关闭，这么快地将人眼无法看到闪烁，但足够的时间恢复和凉爽。在这部分工作中，他们利用了Coauthor Claire Gmachl，Eugene Higgins电气工程教授的专业知识。通过减少设备实际上的时间量，研究人员实现了效率的改进，并且能够以比曾经报告的方式操作设备。Rand将工作描述为在照明和明亮显示器所需的高功率密度下操作Perovskite LED的“HOW-to”指南。

赵先兴赵先生首次作者和电气工程系的博士后研究助理，表示，研究柜台在佩罗夫斯基特本质上的现行思想在高功率密度下无法运行。

该工作是该领域的“重要突破”，瑞典州斯科坪大学物理，化学与生物学系的教授，以及用于能源技术的有机和佩罗夫斯基泰半导体专家的教授。

“减少焦耳加热是佩罗夫斯基特LED对高亮度和长期稳定性的重大挑战，”高。“结果真的令人鼓舞，即将基于Perovskite材料的照明和展示的商业化。”

到目前为止，研究人员认为Perovskite LED对于仅产生适度的亮度，而不是用于在手机和笔记本电脑屏幕上的照明或超明亮显示器。

“我们加强了可能的应用范围，”赵说。

Perovskite LED的最吸引人的部分之一是它们制造的方式，这需要节能，而不是目前用于照明的传统无机LED。传统的LED由一块单晶制成，这是非常困难且昂贵的生产，并且通常需要超高的真空系统和超过1000摄氏度的温度。钙钛矿材料通常在低于100摄氏度的温度下进行，并且由类似于喷墨印刷的方法中的溶液形成。如果该技术被商业化，则可能导致这些电子设备所需的能量和碳足迹的显着降低，这无论是在制造和运行中。

Perovskite LED产生纯净，集中的色彩，研究人员也希望利用这些材料来构建便宜的，易于制造的激光器。更常见的是，兰德和赵说，他们将继续研究材料如何运作以更好地了解其采用更高质量，耐用，高效的设备的性能。

“这是一个非常重要的里程碑，”兰德说。“对我们的研究不仅重要，还适用于技术人员，设计师和电子行业。我们认为材料有一个光明的未来。“

参考：“热化管理能够通过Lianfeng Zhao，Kwangdong Roh，Sara Kacmoli，Khaled Al Kurdi，Samik Jhulki，Stephen Barlow，Seth R. Marder，Claire Genachl和Barry P. Rand，2020年5月14日，先进的材料.DOI：
10.1002 / ADMA.202000752

作者还包括：普林斯顿大学克港罗哈和萨拉·克克·克尔迪，Samik Jhulki，Stephen Barlow，Andseth R. Marderofgeorgia理工学院

根据DMR-1807797，由奖项No.Fa9550-1-0037和国家科学基金会提供的科学研究空军办公室提供资金。