Los dispositivos optoelectrónicos basados en perovskita están ganando cada vez mayor atención debido a su extraordinario rendimiento y su facilidad de fabricación, especialmente para el desarrollo de células solares de nueva generación. Sin embargo, el conseguir LEDs de Perovskita con alta eficiencia cuenta con la limitación de que la recombinación de carga no radiativa ha limitado la eficiencia de la electroluminiscencia. Ahora, investigadores de la Universidad de Cambridge han establecido un nuevo récord de eficiencia para LEDs basados en semiconductores de Perovskita, rivalizando con los mejora LED orgánicos (OLED).
Comparado con los OLEDs, estos LEDs basados en Perovskita pueden fabricarse a costes muchos más bajos y pueden emitir luz a través de todo el espectro visible e infrarrojo cercano (espectro infrarrojo con alta pureza de color). Los investigadores han diseñado la capa de perovskita en los LED para conseguir cerca del 100% de eficiencia luminiscente interna, abriendo su futura aplicación en campos como la iluminación general, pantallas y comunicación.
En busca de LEDs de Perovskita eficientes
Los primeros LEDs híbridos de perovskita, desarrollados por el grupo del profesor Richard Friend’s hace cuatro años en el laboratorio Cavendish de la Universidad, eran prometedores, pero las pérdidas de capa de perovskita, causadas por pequeños defectos en la estructura cristalina, limitaban su eficiencia de emisión de luz.
Ahora, los investigadores de la Universidad de Cambridge han demostrado que al formar una capa compuesto de perovskita junto con un polímero, es posible lograr eficiencias de emisión de luz mucho mayores, cerca del límite de eficiencia teórico de los OLED de película delgada. Los resultados han sido reportados en un paper publicado en la revista Nature Photonics.
“Esta estructura de polímero de perovskita elimina de manera efectiva las pérdidas no-emisivas, la primera vez que se ha logrado en un dispositivo basado en este material. Al combinar ambos materiales, hemos logrado evitar que los electrones y las cargas positivas se vuelvan a combinar a través de los defectos en la estructura de la perovskita”, explica el Dr Dawei DI del Laboratorio Cavendish de Cambridge.
La mezcla de perovskita-polímero utilizada en los dispositivos LEDs, conocida como heteroestructura en masa, está hecha de componentes de perovskita bidimensionales y tridimensionales y un polímero aislante. Cuando se proyecta un láser ultra rápido en las estructuras, los pares de cargas eléctricas que transportan energía se mueven de las regiones 2D a las 3D en una billonésima de segundo: mucho más rápido que las estructura de perovskita en capas anteriores utilizadas para conformar el LED. Estas cargas separadas en las regiones 3D se recombinan y emiten luz de manera extremadamente eficiente.
“Dado que la migración de energía de las regiones 2D a la regiones 3D ocurre de forma tan rápida y que las cargas en estas regiones 3D están aisladas de los defectos por el polímero, se consiguen evitar las pérdidas de energía”, añade Di.
“La mejor eficiencia cuántica externa de estos dispositivos es superior al 20%, a densidades de corriente relevantes para aplicaciones de visualización, estableciendo así un nuevo record para los LED de perovskita” declaró Baodan Zhao, primer autor del paper.
Si bien los LED basados en perovskita están comenzado a competir con los OLED en términos de eficiencia, aún necesitan una mayor estabilidad para su adopción general. Cuando estos LEDs se desarrollaron por primera vez, tuvieron una vida útil de unos pocos segundos. Los nuevos LEDs conseguidos en esta nueva investigación tienen una vida media cercana a las 50 horas, lo que representa una gran mejora en solo cuatro años, pero que aún no se acerca a la vida útil requerida para las aplicaciones comerciales, que requerirán de un extenso programa de desarrollo industrial. “Comprender los mecanismos de degradación de los LED es una clave para futuras mejoras”, concluye Di.
Fuente Imagen Portada: University of Cambridge
