LED: la nuova frontiera sono i nanocristalli di perovskite

Della perovskite e della sua capacità di interagire con la luce abbiamo parlato in questo articolo, approfondendo successivamente il discorso riguardo il suo utilizzo nei pannelli fotovoltaici, in tandem col silicio.

Recentemente questo materiale è stato adottato anche per migliorare la tecnologia dei LED, superando i suoi più critici limiti grazie ad una nuova intuizione. I LED perovskite sono infatti sempre stati piuttosto promettenti in quanto è possibile produrli facilmente e a costi contenuti, sono molto leggeri e più flessibili degli OLED (organic light-emitting diode, diodi organici a emissione di luce, lo step successivo ai cristalli liquidi) e hanno la medesima purezza del colore e sintonizzabilità dei LED basati su semiconduttori III-V.

Tuttavia risultavano scarsamente stabili e poco durevoli a causa della natura ionica delle loro strutture cristalline, responsabile del rapido degrado del materiale; inoltre la durata tipica dei LED perovskite era dell'ordine di 10-100 ore contro la durata minima richiesta per un display OLED pari a 10.000 ore.

Alcuni ricercatori del PEROLED coreano, della Seoul National University e del Korea Basic Science Institute (KBSI), insieme agli scienziati dell'Università di Cambridge nel Regno Unito, hanno studiato un modo per superare questi limiti creando un LED di perovskite ultra luminoso, efficiente e stabile costituito da nanocristalli di perovskite core/shell con una dimensione di circa 10 nm, ottenuto mediante una semplice reazione, avvenuta in situ, fra l'additivo di acido benzilfosfonico (BPA) con film tridimensionali di perovskite policristallina, senza processi di sintesi separati.

Durante la reazione, i grandi cristalli 3D sono stati divisi in nanocristalli circondati dal BPA, ottenendo un forte confinamento del vettore. Il guscio BPA si è dimostrato in grado di passivare gli atomi di piombo sottocoordinati, ovvero di rallentarne o impedirne del tutto la corrosione, formando legami covalenti e mantenendo buone proprietà di trasporto di carica per le perovskiti 3D.

Il team ha creato LED perovskite efficienti, luminosi e stabili con una luminosità massima di circa 470.000 cd m−2, massima efficienza quantica esterna del 28,9% (media = 25,2 ± 1,6% su 40 dispositivi), massima efficienza di corrente di 151 cd A−1 e tempo di dimezzamento di 520 ore a 1.000 cd m-2 (tempo di dimezzamento stimato > 30.000 ore a 100 cd m-2).

Il loro lavoro permetterà di compiere grandi passi in avanti sul potenziale dei LED a base di perovskite da commercializzare, in futuro, nel settore dei display, e non solo. Lo studio completo è stato pubblicato sulla rivista Nature.

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