Ledje van perovskiet ziet het licht

Halfgeleiders van het materiaal perovskiet hebben al jaren een hoofdrol in de zoektocht naar efficiënte zonnecellen, ze zijn nu voor het eerst ingezet als ledlamp. Volgens de betrokken wetenschappers kan dat uiteindelijk leiden tot makkelijker en goedkoper te produceren ledjes.

6 augustus 2014

De wetenschappers uit Cambridge, Oxford en München sloten een 15 nanometer dunne laag van het materiaal op tussen verschillende andere lagen. Onder invloed van een elektrische stroom geeft het perovskiet licht. Ondanks het dunne materiaal wist het ledje een helderheid te halen die hoger ligt dan die van een standaard LCD-monitor. Bovendien wijzen de wetenschappers op het relatief makkelijke productieproces waarmee deze ledjes gemaakt werden. Ze zien toepassingen in grote beeldschermen. Het onderzoek werd deze week in Nature Nanotechnology gepubliceerd.

De afgelopen jaren werden er al successen geboekt met perovskiet-halfgeleiders in efficiënte zonnecellen. Waar het rendement van zonnecellen van silicium in 20 jaar tijd werd opgekrikt tot ongeveer 20 procent, lukte dat met perovskiet binnen twee jaar.

Makkelijk te maken halfgeleider

Perovskiet is een mineraal van calcium, titanium en zuurstof, maar de naam wordt ook gebruikt voor materialen met dezelfde soort atomaire opbouw, of kristalstructuur. Wetenschappers zijn al lang in dit materiaal geïnteresseerd, onder andere vanwege zijn supergeleidende eigenschappen. Het mineraal ontleent zijn naam aan de Russische geoloog Lev Perovski.

Maar ook als halfgeleider blijkt perovskiet nuttig, zoals in deze ledlampjes. De onderzoekers gebruikten een perovskietstructuur van lood, koolstof en zogenoemde halogeniden. Deze stoffen zijn makkelijk in oplossing te brengen en vormen een perovskietkristal op het moment dat ze opdrogen.

Door de oplossing met perovskietingrediënten met behulp van spincoating op een oppervlakte te verspreiden en te laten opdrogen wisten de wetenschappers een dunne laag van het mineraal te maken. Deze werd vervolgens ingeklemd tussen verschillende andere lagen. Onder invloed van een elektrische stroom geeft het licht. De kleur van de ledjes kan aangepast worden door de samenstelling van het perovskiet te veranderen. Zo wist men infrarode, rode en groene lampjes te maken.

Het ‘klassieke’ ledje zal niet snel van perovskiet gemaakt worden.
Wikimedia commons

Normaalgesproken zijn er voor de productie van ledjes hoge temperaturen of een vacuüm nodig. Voor kleine ledlampjes is dat doorgaans geen probleem, maar voor de productie van grotere lichtgevende oppervlaktes blijkt dit proces vaak (te) kostbaar. Juist voor deze toepassingen – zoals in grote schermen – is perovskiet geschikt, aldus de wetenschappers.

Medische toepassingen

De wetenschappers proberen momenteel de efficiëntie van hun lampjes te verhogen en om ze in te zetten als diodelaser, de je bijvoorbeeld in een cd-speler kunt terugvinden en medische en industriële toepassingen heeft. De ledjes zouden volgens de onderzoekers binnen vijf jaar op de markt kunnen zijn.

Bron:

Tan Z. et al., Bright light-emitting diodes based on organometal halide perovskite, Nature Nanotechnology (3 augustus 2014), DOI:10.1038/nnano.2014.149

Reageer