Wie hell kann die neue Perovskit-Leuchtdiode leuchten?
Am belgischen Forschungs- und Innovationszentrum imec wurde eine neuartige Perovskit-LED (PeLED) entwickelt, die 1 000 Mal heller leuchtet als moderne organische LEDs (OLEDs). Die Errungenschaft ist Teil des EU-finanzierten Projekts ULTRA-LUX und – wie vom imec-Team in einer Pressemitteilung auf „Optics.org“ beschrieben – ein „entscheidender Meilenstein auf dem Weg zu einer Perovskit-Laser-Diode, die spannende Anwendungen in der Bildprojektion, Umweltsensorik, medizinischen Diagnostik und darüber hinaus verspricht“. LEDs werden heute in vielen Bereichen eingesetzt, von Fernsehern und Computern bis hin zu Verkehrslichtzeichen und Luftfahrtbefeuerung, und haben die moderne Licht- und Sensortechnik revolutioniert. In OLEDs – die in großem Umfang für Digitalanzeigen in Fernsehbildschirmen, Computermonitoren, Smartphones und tragbaren Spielekonsolen verwendet werden – werden organische Dünnschicht-Polymere als Halbleiter genutzt. Diese haben jedoch eine begrenzte Spitzenhelligkeit. Wissen auch Sie, wie schwierig es ist, etwas auf dem Display Ihres Smartphones zu erkennen, wenn Sie in der Sonne sind? Hier kommen die Perovskite ins Spiel. Das Mineral Perovskit ist ein Kalzium-Titanoxid mit einer kubischen Kristallstruktur und hat ungewöhnliche physikalische Eigenschaften, die über Solarzellen – seine derzeit wichtigste Anwendung – hinaus genutzt werden könnten. In den letzten zehn Jahren haben die hervorragenden optoelektronischen Eigenschaften, die kostengünstige Verarbeitbarkeit und der effiziente Ladungstransport dazu geführt, dass Perovskit als vielversprechender Kandidat für LED-Anwendungen anerkannt wurde.
Schlaglicht auf PeLED
Laut der Pressemitteilung können Perovskite zwar sehr hohen Stromdichten standhalten, der Laserbetrieb mit der Emission von kohärentem Licht hoher Intensität ist jedoch noch nicht gelungen. „Im Projekt ULTRA-LUX zeigte imec zum ersten Mal eine PeLED-Architektur mit geringen optischen Verlusten und pumpte diese PeLEDs auf Stromdichten, die die stimulierte Emission von Licht unterstützen“, so der imec-Forschungsbeauftragte Paul Heremans, Professor und korrespondierender Autor der in „Nature Photonics“ veröffentlichten Studie ist. „Diese neuartige Architektur aus Transportschichten, transparenten Elektroden und Perovskit als aktivem Halbleitermaterial kann mit zehntausendfach höheren Stromdichten (3 kA cm-2) arbeiten als herkömmliche OLEDs“, fügt Heremans hinzu. Was also wurde mit dieser neuen Architektur erreicht? Robert Gehlhaar, imec-Projektleiter und ebenfalls korrespondierender Autor der Studie, erklärt: „Mit dieser Architektur verbesserte imec die verstärkte spontane Emission mit elektrischer Unterstützung des herkömmlichen optischen Pumpens. Auf diese Weise konnte imec zeigen, dass die elektrische Injektion 13 Prozent zur Gesamtmenge der stimulierten Emission beiträgt und sich damit der Schwelle für eine Dünnschicht-Laser-Diode nähert. Das Erreichen dieses Meilensteins auf dem Weg zu Hochleistungs-Dünnschicht-Laser-Dioden ebnet den Weg für interessante neue Anwendungen von Dünnschicht-Perovskit-Lasern“. Das Projekt ULTRA-LUX (Ultra-Bright Thin-Film Light Emitting Devices and Lasers) wird im September 2024 enden. Weitere Informationen: Projekt ULTRA-LUX
Schlüsselbegriffe
ULTRA-LUX, Perovskit, Leuchtdiode, LED, organische LED, Perovskit-LED, Laser
