Próximo mais brilhante e eficiente

Por Escola de Engenharia da Universidade de Stanford 25 de agosto de 2023

Oito substratos de LED de perovskita verde no laboratório de Congreve brilham enquanto os pesquisadores direcionam luz ultravioleta sobre eles. Crédito: Sebastian Fernández/Universidade de Stanford

Ao mexer na composição do material dos LEDs de perovskita, um tipo de LED mais barato e mais fácil de fabricar, os pesquisadores de Stanford alcançaram saltos em brilho e eficiência – mas viram suas luzes falharem após alguns minutos de uso.

Provavelmente, a tela que você está lendo brilha graças a diodos emissores de luz – comumente conhecidos como LEDs. Esta tecnologia generalizada fornece iluminação interior com eficiência energética e ilumina cada vez mais os monitores dos nossos computadores, TVs e ecrãs de smartphones. Infelizmente, também requer um processo de fabricação relativamente trabalhoso e caro.

Na esperança de resolver esta lacuna, os investigadores de Stanford testaram um método que aumentou o brilho e a eficiência dos LEDs de perovskita, ou PeLEDs, uma alternativa mais barata e mais fácil de fabricar. Suas melhorias, no entanto, fizeram com que as luzes se apagassem em poucos minutos, demonstrando as compensações cuidadosas que devem ser compreendidas para o avanço desta classe de materiais.

“Demos grandes passos para entender por que isso é degradante. A questão é: podemos encontrar uma maneira de mitigar isso e ao mesmo tempo manter a eficiência?” diz Dan Congreve, professor assistente de engenharia elétrica e autor sênior do artigo, publicado no início deste mês na revista Device. “Se conseguirmos fazer isso, acho que poderemos realmente começar a trabalhar em direção a uma solução comercial viável.”

Oito LEDs verdes de perovskita dopada com manganês no laboratório de Congreve brilham enquanto os pesquisadores passam uma corrente elétrica através deles. Crédito: Sebastian Fernández/Universidade de Stanford

In simplest terms, LEDs transform electrical energy into light by passing electric current through a semiconductor – layers of crystalline material that emits light with an applied electric field. But creating those semiconductorsSemiconductors are a type of material that has electrical conductivity between that of a conductor (such as copper) and an insulator (such as rubber). Semiconductors are used in a wide range of electronic devices, including transistors, diodes, solar cells, and integrated circuits. The electrical conductivity of a semiconductor can be controlled by adding impurities to the material through a process called doping. Silicon is the most widely used material for semiconductor devices, but other materials such as gallium arsenide and indium phosphide are also used in certain applications." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">os semicondutores tornam-se complexos e caros em comparação com lâmpadas menos eficientes em termos energéticos, como incandescentes e fluorescentes.

“Muitos destes materiais são cultivados em superfícies caras, como um substrato de safira de dez centímetros”, diz Sebastian Fernández, estudante de doutoramento no laboratório de Congreve e autor principal do artigo. “Só comprar este substrato custa algumas centenas de dólares.”

Os PeLEDs usam um semicondutor conhecido como perovskitas de iodetos metálicos, composto por uma mistura de diferentes elementos. Os engenheiros podem cultivar cristais de perovskita em substratos de vidro, economizando uma quantia significativa em comparação com LEDs normais. Eles também podem dissolver perovskitas em solução e “pintá-las” no vidro para criar uma camada emissora de luz, um processo de produção mais simples do que o exigido pelos LEDs normais.

Estas vantagens poderiam tornar viável a iluminação interior energeticamente eficiente para uma maior parte do ambiente construído, reduzindo a procura de energia. Os PeLEDs também podem melhorar a pureza das cores dos monitores de smartphones e TV. “O verde é mais verde, o azul é mais azul”, diz Congreve. “Você pode literalmente ver mais cores no dispositivo.”

Most PeLEDs today, however, peter out after just a few hours. And they often don’t match the energy efficiency of standard LEDs, due to random gaps in the perovskite’s atomic structure known as defects. “There should be an atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"atom here, but there’s not,” Congreve explains. “Energy goes in there, but you don’t get light out, so it harms the overall efficiency of the device.”/p>