Они умеют светиться любым цветом, их можно печатать как чернила, а свет получается чистым и насыщенным — в отличие от обычных светодиодов. Но есть проблема: чем ярче они горят, тем хуже их эффективность. Из-за этого их до сих пор не используют в коммерческих устройствах.

Команда ученых из Университета науки и технологий Китая под руководством профессоров Яо Хунбина, Фань Фэнцзя, Линь Юэ и Ху Вэй нашла способ решить эту проблему. Они разобрались, почему перовскитные светодиоды теряют эффективность на высокой яркости, и придумали, как это исправить.

Результаты их работы опубликованы в Nature.

Сначала ученые использовали собственный метод диагностики — спектроскопию с электрическим возбуждением (EETA). Оказалось, главная причина падения эффективности — утечка дырок (положительных зарядов) в слой, который должен проводить только электроны. Раньше этот процесс не замечали, потому что не было подходящих инструментов.

Чтобы остановить утечку, исследователи создали особую структуру внутри перовскита — гетероструктуру. Представьте, что внутри материала есть островки с узкой запрещенной зоной (они светятся), окруженные барьерами с широкой запрещенной зоной (они удерживают заряды). Ключевую роль сыграла молекула PTLA — она встраивается в кристаллическую решетку и создает эти барьеры, не нарушая целостности материала.

В итоге получились самые эффективные и яркие красные PeLED в мире: КПД 24,2%, яркость — 24 600 кд/м². Они работают 127 часов при яркости 100 кд/м² без заметного изменения цвета.

Рецензенты назвали эту работу «прорывом в исследованиях перовскитных светодиодов».

Этот прорыв важен не только для дисплеев. Если научиться так же эффективно управлять носителями заряда в других типах перовскитов, можно создать:

• Дешевые солнечные батареи с КПД выше 30%.
• Лазеры для оптической связи.
• Датчики нового поколения.

Остается вопрос: как быстро технологию можно масштабировать? PTLA — сложная молекула, и ее синтез может оказаться дорогим. Кроме того, стабильность в 127 часов — это всего несколько дней непрерывной работы. Для коммерческих дисплеев нужны как минимум тысячи часов.

Ранее ученые создали гибридный кристалл для повышения эффективности светодиодов.