Investigadores de la Universidad de Linköping en Suecia han desarrollado diodos emisores de luz azul eficientes basados en perovskitas de halogenuros que abren el camino hacia una iluminación barata y eficiente.
Estos LEDs fabricados a partir de perovskitas de halogenuros (PeLED) podrían ser una alternativa más barata y ecológica tanto para la iluminación general como para el desarrollo de nuevas pantallas LED. Las perovskitas son una familia de materiales semiconductores definidos por su estructura de cristal cúbico. Tienen buenas propiedades emisoras de luz y son fáciles de fabricar. Utilizando elementos del grupo halógeno, es decir, flúor, cloro, bromo y yodo, se pueden dar propiedades a las perovskitas que dependen de la composición química del cristal. Una de las principales limitaciones de estos desarrollados se han centrado en la dificultad de conseguir LEDs azules de perovskita.
“Estamos muy emocionados con este avance. Mientras que se ha conseguido desarrollar luz verde y roja con perovskita, el conseguir luz azul se está convirtiendo en todo un reto, lo que hace imposible lograr luz blanca. La luz azul es la clave para llevar las perovskitas emisoras de luz a aplicaciones prácticas. Nuestro avance más reciente es un paso en ese camino», explica Feng Gao, profesor del Departamento de Física, Química y Biología de la Universidad de Linköping.
El grupo de investigación de Feng Gao, en colaboración con colegas en Lund, Gran Bretaña, Alemania, China y Dinamarca, ha logrado crear perovskitas de halogenuros que dan una emisión estable en el rango de longitud de onda de 451-490 nanómetros, correspondientes a los colores azul profundo a azul cielo.
“Las perovskitas de halogenuro de metal son fácilmente ajustables en todo el espectro visible mediante una aleación simple. Desafortunadamente, presentan desmezcla y un LED azul se vuelve verde durante el funcionamiento. Hemos encontrado un método que puede prevenir este cambio de color controlando la dinámica de cristalización de la película al crear la perovskita. Estos hallazgos allanan el camino para aleaciones estables de perovskita, no solo para LEDs, sino también para células solares”, explica Max Karlsson es estudiante de doctorado en la Universidad de Linköping y primer autor del estudio recientemente publicado en Nature Communications.
El desafío de crear luz azul a través de perovskitas radica en que requiere de una composición química con una gran fracción de cloruro, lo que hace que la perovskita sea inestable. Los LED basados en perovskita azul se han creado previamente utilizando lo que se conoce como la «técnica de confinamiento cuántico», que da LED de baja intensidad con poca eficiencia. Sin embargo, se pueden crear perovskitas estables con la cantidad deseada de cloruro con la ayuda de una técnica de cristalización asistida por vapor (VAC). Gracias a esto, los investigadores de la Universidad de Linköping lograron desarrollar PeLED azules espectralmente estables que presentan un valor de Eficacia Cuántica Externa (EQE) del 11% y un brillo máximo de 2180 cd m−2, con un pico de emisión de 477 nm y coordenadas CIE de (0,107, 0,115). Además, lograron fabricar un PeLED que exhibe una emisión ideal de color azul profundo a 467 nm y un EQE decente del 5,5%, que es la más alta eficiencia con un pico de emisión por debajo de 470 nm
“Hemos demostrado que los diodos emisores de luz azul basados en perovskitas halogenuros pueden ser eficientes y estables en un amplio espectro, sin usar confinamiento cuántico. Hemos logrado crear uno de los LED basados en perovskita azul más eficientes hasta ahora conocidos”, afirma Weidong Xu, postdoctor en la Universidad de Linköping.
La ciencia de las perovskitas es un campo de investigación relativamente nuevo que ha despertado un gran interés internacional, ya que ofrece un gran potencial para desarrollar materiales baratos y eficientes. Feng Gao, sin embargo, se apresura a señalar que el trabajo que han hecho es investigación básica, y las aplicaciones todavía están lejos en el futuro.
“Los LED de perovskita son una tecnología joven y tienen un camino por recorrer antes de ver la luz del día. Actualmente, la corta vida útil y el bajo rendimiento de los LED azules son los principales obstáculos para los diodos emisores de luz de perovskita antes de que puedan comenzar a competir con tecnologías existentes, como los diodos emisores de luz basados en semiconductores orgánicos e inorgánicos. Seguiremos trabajando en eso para hacer que los PeLED sean comparables a las otras tecnologías», concluye Feng Gao
Puede consultar los resultados de la investigación (Open Access) en el siguiente enlace:
https://www.nature.com/articles/s41467-020-20582-6
Créditos de imágenes: Thor Balkhed
