žŁÀûŒ§

16 juli 2019

Forskare vid LiU har, tillsammans med kollegor i Kina, visat hur det är möjligt att få fram effektiva lysdioder i perovskit. I en artikel i Nature Communications ger de riktlinjer för hur ljusemitterande perovskiter av hög kvalitet bör tillverkas.

Sai Bai och Zhongcheng Yuan
Sai Bai och Zhongcheng Yuan  har tillsammans med kollegor hittat receptet för högeffektiva lysdioder i perovskit. Fotograf: Charlotte Perhammar

Perovskiter är en familj av material som definieras av sin kristallstruktur. Halida perovskiter är enkla att tillverka i en lösning som består av både metalliska och organiska halider. Det ger perovskiter med utmärkta optiska och elektriska egenskaper lämpade för olika optoelektriska applikationer, som solceller, lysdioder och fotodetektorer.

Sai Bai och Zhongcheng Yuan, BiomolekylÀr och organisk elektronik; Biomolecular and Organic ElectronicsTillverkning av lysdioder i perovskit.
Foto Charlotte Perhammar
Vid tillverkningen uppstår dock defekter i materialet, defekter som försvårar laddningstransporten. När dessa defekter tas om hand, passiviseras, påverkar det kristallisationsprocessen som därför behöver kontrolleras noga. Forskargruppen vid LiU, under ledning av universitetslektor Feng Gao, har tillsammans med forskare vid Nanjing Tech University och Soochow University i Kina, studerat hur de olika komponenterna i lösningen påverkar kristallisationsprocessen och vad som händer i gränsytorna.

Defekterna passiviseras

– Vi och flera andra grupper har insett att vi genom att tillsätta en extra mängd organiska halider i lösningen kan bidra till att passivisera defekterna för att få fram högemitterande filmer i perovskit, säger Zhongcheng Yuan, doktorand vid Institutionen för fysik, kemi och biologi, IFM, vid Linköpings universitet.

Men ett överskott av organiska halider medför också att kristallisationsprocessen, som ger den speciella och nödvändiga perovskit-strukturen, försvåras.

Forskarna har nu löst detta dilemma genom att tillsätta en metalloxid, i detta fall zinkoxid, för att stötta kristallisationsprocessen. Zinkoxiden bidrar till att få bort tillräckligt många av de extra organiska katjonerna (positivt laddade joner) så att processen tar fart. Artikeln i Nature Communications visar hur kemiska reaktioner mellan olika metalloxidlager och perovskitlagret påverkar egenskaperna i de tunna filmerna av perovskit, och därmed också prestandan hos lysdioden.

– Vi kan nu kontrollera processen effektivt genom att utnyttja zinkoxidens förmåga att avlägsna de oönskade organiska katjonerna samtidigt som de önskade halida anjonerna blir kvar, säger Sai Bai, forskare vid IFM som tillsammans med Feng Gao är huvudförfattare till artikeln.

Effektivast i världen

Sai Bai och Zhongcheng Yuan, BiomolekylĂ€r och organisk elektronik; Biomolecular and Organic ElectronicsFilmen som innehåller zinkoxid, den mörkaste, ger de bästa ljusemitterande egenskaperna. Foto Charlotte PerhammarDenna nya upptäckt, i kombination med tidigare resultat där gruppen hittat lösningar för att hantera defekterna i materialet, har gjort det möjligt att tillverka effektiva ljusemitterande perovskitfilmer i laboratoriet. De lysdioder som blir resultatet har ett ljus nära det infraröda med en effektivitet på 19,6 procent, det vill säga att 19,6 procent av de elektroner som skickas in i materialet ger upphov till ljus, fotoner. Det är ett av de bästa resultaten i världen för lysdioder i perovskit.

– Perovskiter är ett lovande forskningsfält. Vi har sett en rad genombrott se senaste fem åren, men fältet är fortfarande nytt och mycket arbete återstår innan lysdioder i perovskit kan produceras kommersiellt och i stor skala. En kritisk aspekt vi måste förbättra är lysdiodernas stabilitet, säger Feng Gao.

Fotnot: Halider är exempelvis fluorider, klorider brominer, vanliga ämnen med en sak gemensamt - de innehåller en halogen (fluor klor, brom m fl)

Forskningen har bland annat finansierats av Feng Gao:s ERC Starting Grant, Europakommissionens Marie SkƂodowska-Curie Actions och the National Key Research and Development Program of China

, Zhongcheng Yuan, Yanfeng Miao, Zhangjun Hu, Weidong Xu, Chaoyang Kuang, Kang Pan, Pinlei Liu, Jingya Lai, Baoquan Sun, Jianpu Wang, Sai Bai & Feng Gao, Nature Communications 2019, DOI 10.1038/s41467-019-10612-3

Sai Bai och Zhongcheng Yuan, BiomolekylÀr och organisk elektronik; Biomolecular and Organic ElectronicsSai Bai och Zhongcheng Yuan i laboratoriet. Foto Charlotte Perhammar

Kontakt

Perovskiter

Senaste nytt från LiU

Jendrik Seipp.

Forskning om nästa generations AI-planering får 15 miljoner

LiU-forskaren Jendrik Seipp har fått 15 miljoner kronor för att utveckla ett AI-planeringssystem som utnyttjar flerkärniga processorer för parallella beräkningar. Det skulle kunna leda till mer effektiv logistik och storskalig energioptimering.

Kvinna vid ett trÀd tittar in i kameran.

Pappersindustrin kan bli energismartare med ny mätmetod

Pappersindustrin slukar stora mängder energi. Men trots skärpta EU-krav på effektivisering har det inte funnits något sätt att jämföra energianvändning mellan olika företag. Nu presenterar forskare vid LiU i samarbete med Naturvårdsverket en lösning.

Forskare i labb.

Två nya masterprogram i världsledande materialvetenskap

Linköpings universitet är bland de främsta i världen på materialvetenskap. Hösten 2026 startar två nya masterprogram inom området. En mycket god arbetsmarknad väntar studenterna, både i industrin och akademin.