– Lysdioder i perovskiter är fortfarande inte tillräckligt stabila för att vara praktiskt användbara, men vi har kommit ytterligare en bit på väg, konstaterar professor Feng Gao, 
Feng Gao Foto Göran Billesonforskningsledare vid avdelningen Biomolekylär och organisk elektronik, Linköpings universitet.
Perovskiter är en stor familj av halvledande material som lockar forskare runt om i världen. Tack vare den speciella kristallstrukturen har de mycket goda både optiska och elektriska egenskaper och de är dessutom både lätta och billiga att tillverka. Forskningen har kommit längst när det gäller utveckling av solceller i de nya materialen, men perovskiter lämpar sig även väl för tillverkning av lysdioder.
– Vi har en hel del kvar att göra här. Hittills har de lysdioder vi fått fram antingen haft låg effektivitet eller varit för instabila, säger Xiao-Ke Liu, forskare vid avdelningen Biomolekylär och organisk elektronik. Tillsammans med Feng Gao är han huvudförfattare till artikeln i Nature Communications.
Många forskargrupper har försökt ta sig ur det här dilemmat, utan att lyckas speciellt väl. Nu har forskare vid LiU, tillsammans med kollegor i Storbritannien, Kina och Tjeckien hittat en väg framåt. De har använt en perovskit som består av bly, jod och det organiska ämnet formamidinium. Perovskiten har de sedan bäddat in i en organisk molekyl för att på så vis skapa en tunn kompositfilm.
Heyong Wang Foto Magnus Johansson– Den här molekylen, med två amonogrupper i ändarna, bidrar till att övriga ämnen bildar den för en perovskit så karakteristiska kristallstrukturen och kristallen får också hög stabilitet, säger Heyong Wang, doktorand vid avdelningen Biomolekylär och organisk elektronik.
Med den nya tunnfilmen i komposit har forskargruppen lyckats ta fram lysdioder med en effektivitet på 17,3 procent och som fortfarande har minst halv effekt efter 100 timmar.
Perovskiter som innehåller bly och någon halogen, som här jod, har de bästa ljusemitterande egenskaperna.
– Vi skulle gärna byta ut blyet om det gick, men har ännu inte hittat något bra sätt. Vi arbetar hårt för att hitta en lösning, säger Feng Gao.
Nästa steg är att testa nya kombinationer av perovskiter och organiska molekyler och i detalj försöka förstå kristallisationsprocessen. Olika perovskiter ger också ljus vid olika våglängder, vilket är en förutsättning för att på sikt få fram det eftertraktade vita ljuset.
Perovskite-molecule composite thin films for efficient and stable light-emitting diodes
Heyong Wang, Felix Utama Kosasih, Hongling Yu, Guanhaojie Zheng, Jiangbin Zhang, Galia Pozina, Yang Liu, Chunxiong Bao, Zhangjun Hu, Xianjie Liu, Libor Kobera, Sabina Abbrent, Jiri Brus, Yizheng Jin, Mats Fahlman, Richard H. Friend, Caterina Ducati, Xiao-Ke Liu & Feng Gao
Nature Communications 2020. DOI 10.1038/s41467-020-14747-6
Heyong Wang testar lysdioden i laboratoriet. Foto Magnus Johansson
Perovskiter är en stor familj av halvledande material som lockar forskare runt om i världen. Tack vare den speciella kristallstrukturen har de mycket goda både optiska och elektriska egenskaper och de är dessutom både lätta och billiga att tillverka. Forskningen har kommit längst när det gäller utveckling av solceller i de nya materialen, men perovskiter lämpar sig även väl för tillverkning av lysdioder.
Kompositfilm
Effektiviteten i lysdioderna, det vill säga hur stor andel av de laddningsbärare som skickas in i materialet som blir till ljus, har ökat kraftigt de senaste åren och är snart i klass med konkurrerande tekniker. Dock är de inte speciellt stabila, vilket innebär att de ännu så länge inte är praktiskt användbara.– Vi har en hel del kvar att göra här. Hittills har de lysdioder vi fått fram antingen haft låg effektivitet eller varit för instabila, säger Xiao-Ke Liu, forskare vid avdelningen Biomolekylär och organisk elektronik. Tillsammans med Feng Gao är han huvudförfattare till artikeln i Nature Communications.
Många forskargrupper har försökt ta sig ur det här dilemmat, utan att lyckas speciellt väl. Nu har forskare vid LiU, tillsammans med kollegor i Storbritannien, Kina och Tjeckien hittat en väg framåt. De har använt en perovskit som består av bly, jod och det organiska ämnet formamidinium. Perovskiten har de sedan bäddat in i en organisk molekyl för att på så vis skapa en tunn kompositfilm.
Hög stabilitet
Med den nya tunnfilmen i komposit har forskargruppen lyckats ta fram lysdioder med en effektivitet på 17,3 procent och som fortfarande har minst halv effekt efter 100 timmar.
Perovskiter som innehåller bly och någon halogen, som här jod, har de bästa ljusemitterande egenskaperna.
– Vi skulle gärna byta ut blyet om det gick, men har ännu inte hittat något bra sätt. Vi arbetar hårt för att hitta en lösning, säger Feng Gao.
Nästa steg är att testa nya kombinationer av perovskiter och organiska molekyler och i detalj försöka förstå kristallisationsprocessen. Olika perovskiter ger också ljus vid olika våglängder, vilket är en förutsättning för att på sikt få fram det eftertraktade vita ljuset.
Perovskite-molecule composite thin films for efficient and stable light-emitting diodes
Heyong Wang, Felix Utama Kosasih, Hongling Yu, Guanhaojie Zheng, Jiangbin Zhang, Galia Pozina, Yang Liu, Chunxiong Bao, Zhangjun Hu, Xianjie Liu, Libor Kobera, Sabina Abbrent, Jiri Brus, Yizheng Jin, Mats Fahlman, Richard H. Friend, Caterina Ducati, Xiao-Ke Liu & Feng Gao
Nature Communications 2020. DOI 10.1038/s41467-020-14747-6
