– Lysdioder av perovskit är billigare och enklare att tillverka än traditionella lysdioder och dessutom kan de ge livligare och starkare färger om de används i skärmar. Jag skulle säga att det här är nästa generations lysdiodsteknik, säger Feng Gao, professor i optoelektronik vid Linköpings universitet.
Men för att ett teknikskifte ska ske där dagens lysdioder byts ut mot de som är baserade på materialet perovskit krävs mer än prestanda. Därför har Feng Gaos forskargrupp tagit hjälp av professor Olof Hjelm och John Laurence Esguerra, biträdande universitetslektor vid LiU.
De specialiserar sig på hur innovationer som bidrar till miljömässig hållbarhet ska kunna komma ut på marknaden.
Tillsammans har de undersökt hur mycket 18 olika perovskitlysdioder påverkar miljön och vilken kostnad de har – kunskap som idag är bristfällig. Undersökningen görs med så kallade livscykelanalyser och livscykelkostnadsanalyser.
Byt ut guldet
Den typen av analyser kräver en tydlig systemavgränsning – det vill säga vad man räknar in och inte när det gäller kostnad och miljöpåverkan. Inom den ramen undersöks vad som händer från att produkten skapas fram till att den inte kan användas längre. Produktens liv från vaggan till graven kan delas in i fem olika faser: råmaterialframställning, tillverkning, distribution, användning och till slut avveckling.
– Graven vill vi helst undvika. Och det blir genast mer komplicerat när man tar med återvinning i beräkningarna. Men här visar vi att det är viktigast att tänka på återanvändning av organiska lösningsmedel och hur råmaterialen framställs, speciellt om det är ovanliga material, säger Olof Hjelm.
Ett exempel där livscykelanalysen ger vägledning handlar om den lilla mängd giftigt bly som finns i perovskitlysdioder. I dagsläget behövs det för att perovskiterna ska vara effektiva.
Men enligt Olof Hjelm gör man ett misstag om man stirrar sig blind på endast blyet. I lysdioder finns också många andra material, som exempelvis guld.
– Guldframställning är extremt giftigt. Det blir biprodukter som kvicksilver och cyanid. Dessutom är det väldigt energikrävande, säger han.
Den största miljömässiga vinsten skulle då i stället uppnås genom att byta ut guldet mot koppar, aluminium eller nickel, och behålla den lilla mängden bly som behövs för att lysdioden ska fungera optimalt.
Kan bli ny standard på sikt
Det Linköpingsforskarna kommit fram till är att perovskitlysdioder har stora möjligheter att kommersialiseras på sikt. Kanske kan de till och med konkurrera ut dagens lysdioder. Det är tack vare en lägre kostnad och mindre miljöpåverkan. Den stora knäckfrågan är livslängd. Men utvecklingen av perovskitlysdioder går allt snabbare och de håller allt längre. Forskarna menar att livslängden behöver komma upp i cirka 10 000 timmar för att uppnå en positiv miljöpåverkan, något som de tror är möjligt. Idag ligger de bästa perovskitlysdiodernas livslängd på hundratals timmar.
Muyi Zhang, doktorand vid Institutionen för fysik, kemi och biologi vid LiU, menar att mycket av forskningens fokus hittills handlar om att öka prestandan på lysdioden, något som han tror kommer förändras.
– Vi vill ju att det vi utvecklar ska användas i den verkliga världen. Men då behöver vi forskare bredda vårt perspektiv. Om en produkt har hög prestanda men är dyr och inte är miljömässigt hållbar kanske den inte är tillräckligt konkurrenskraftig på marknaden. Det tankesättet kommer att vägleda vår forskning mer och mer.
Studien finansierades bland annat av Marianne och Marcus Wallenbergs stiftelse, Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Vetenskapsrådet, Energimyndigheten, Olle Enqvists stiftelse, Centrum för nanovetenskap och teknologi vid LiU samt via den svenska regeringens strategiska forskningsområde inom avancerade funktionella materiel, AFM, vid LiU.
Artikeln: Towards sustainable perovskite light-emitting diodes, Muyi Zhang, Xiaotian Ma, John Laurence Esguerra, Hongling Yu, Olof Hjelm, Jiashuo Li & Feng Gao, Nature Sustainability (2025), publicerad online 15 januari 2025. DOI: 10.1038/s41893-024-01503-7
