Onlangs maakte het imec Research and Innovation Center in België in zijn onderzoeksresultaten bekend dat het met succes een nieuwe stapelarchitectuur voor perovskiet-lichtgevende diodes (PeLED, Perovskite LED) heeft ontwikkeld. Opmerkelijk is dat de helderheid van de PeLED onder deze architectuur maar liefst 1000 keer zo hoog is als die van de huidige meest geavanceerde organische lichtgevende diode (OLED). Als belangrijke prestatie van het door de EU gefinancierde ULTRA-LUX-project, zoals het imec-team aangaf in het tijdschrift "Optics.org", kan deze doorbraak worden omschreven als een belangrijke mijlpaal op weg naar perovskiet-injectielasers, en naar verwachting zal dit in de toekomst leiden tot zeer aantrekkelijke toepassingsscenario's in diverse domeinen, zoals display, beeldprojectie, omgevingssensoren en medische diagnostiek.
Momenteel is het toepassingsbereik van lichtgevende diodes (Led's) extreem breed, van gewone tv's en computerschermen tot verkeerslichten, luchtvaartverlichting, enz., wat de transformatie van moderne verlichtings- en sensortechnologie sterk heeft bevorderd. Als een van de huidige populaire displaytechnologieën worden organische lichtgevende diodes (OLED's) veel gebruikt bij de productie van digitale displays voor tv's, computermonitoren, smartphones en draagbare spelcomputers. Het principe is om dunnefilmpolymeren als halfgeleiders te gebruiken. Vanwege objectieve omstandigheden, zoals luminescerende materialen, is er echter een bovengrens aan de piekhelderheid van OLED's. Stel je voor dat het in de zon vaak erg moeilijk is om de inhoud op het OLED-scherm van een smartphone te zien.
Tegen deze achtergrond bieden luminescerende materialen op basis van perovskiet unieke voordelen. Perovskiet is een type perovskietoxide met een kubische kristalstructuur. De bijzondere fysische eigenschappen maken de toepassingsmogelijkheden niet beperkt tot zonnecellen (momenteel de belangrijkste toepassingsrichting van perovskiet). In het afgelopen decennium heeft perovskiet, dankzij zijn uitstekende opto-elektronische eigenschappen, lage verwerkingskosten en efficiënte ladingsoverdracht, geleidelijk aan zijn intrede gedaan in het veld van toepassingen met lichtgevende diodes (LED's) en is het een populair kandidaatmateriaal geworden dat veel aandacht heeft getrokken.
Hoewel perovskiet lichtgevende diodes (PeLEDs) veel aandacht hebben getrokken, staan ze nog steeds voor uitdagingen. Zoals gerelateerd nieuws aangeeft, kunnen perovskieten weliswaar hoge stroomdichtheden weerstaan, maar hebben ze nog geen laserwerking bereikt die coherent licht met hoge intensiteit uitzendt. Professor Paul Herremans, senior onderzoeker bij imec en corresponderende auteur van het onderzoeksartikel gepubliceerd in Nature Photonics, zei: "In het ULTRA-LUX-project introduceerde imec voor het eerst een perovskiet lichtgevende diode (PeLED)-architectuur met lage optische verliezen en heeft deze PeLEDs met succes naar een stroomdichtheid gebracht die gestimuleerde emissie van licht ondersteunt. " Professor Herremans voegde ook toe: "Deze nieuwe architectuur bestaat uit een transportlaag, een transparante elektrode en perovskiet als een halfgeleideractief materiaal, en kan werken met een stroomdichtheid van 3 kiloampère per vierkante centimeter, wat tienduizenden keren hoger is dan traditionele OLEDs.
Dus, welke doorbraken heeft deze nieuwe architectuur bereikt? "Met deze architectuur hebben we de versterkte spontane emissie elektrisch versterkt, naast conventionele optische pomptechnologie. We hebben experimenteel aangetoond dat de bijdrage van elektrische injectie aan de totale gestimuleerde emissie maar liefst 13% bedraagt, wat ons heel dicht bij de drempelwaarde voor dunnefilminjectielasers brengt. Deze mijlpaal opent nieuwe perspectieven voor de ontwikkeling van krachtige dunnefilmlaserdiodes en legt een solide basis voor nieuwe toepassingen van dunnefilmperovskietlasers, " legt Robert Gerhar uit, projectmanager bij imec en auteur van de studie.
