Các nhà khoa học từ Đại học khoa học và công nghệ Trung Quốc (USTC) phát triển phương pháp mới để cải thiện diode phát quang perovskite (PeLED), đánh dấu bước tiến quan trọng trong việc biến PeLED thành sản phẩm thương mại khả thi. Khám phá của họ công bố trên tạp chí Nature.

Perovskite là loại vật liệu được biết đến với khả năng phát sáng mạnh, chi phí sản xuất thấp. Do những đặc điểm này, chúng thu hút sự quan tâm lớn của các nhà nghiên cứu trong quá trình phát triển tấm pin mặt trời, đèn LED, máy dò.

Tuy nhiên, vật liệu perovskite truyền thống có nhược điểm lớn: các electron và lỗ trống bên trong chúng - cần kết hợp để tạo ra ánh sáng - thường không gặp nhau một cách hiệu quả. Điều này hạn chế độ sáng và hiệu suất của các thiết bị dựa trên perovskite.

Để giải quyết vấn đề, các nhà nghiên cứu thường dựa vào kỹ thuật “giới hạn không gian mạnh” để ép vật liệu vào các cấu trúc tinh thể nhỏ nhằm cải thiện hiệu suất. Nhưng cách tiếp cận này lại có những vấn đề riêng, như độ ổn định giảm, các khiếm khuyết tăng lên, làm giảm tuổi thọ thiết bị.

Nhóm nghiên cứu từ USTC áp dụng một cách tiếp cận mới. Thay vì làm cho các tinh thể perovskite nhỏ hơn và giới hạn hơn, họ đã làm ngược lại. Sử dụng phương pháp “giới hạn không gian yếu”, họ khuyến khích hình thành các tinh thể lớn hơn, ổn định hơn.

Họ làm điều này bằng cách thêm hai thành phần đặc biệt, acid hypophosphorous và ammonium chloride, vào hỗn hợp perovskite. Sau đó, họ áp dụng phương pháp xử lý ở nhiệt độ cao gọi là ủ, giúp hình thành các tinh thể hạt lớn với ít khiếm khuyết hơn.

Loại cấu trúc tinh thể mới này làm giảm đáng kể vấn đề được gọi là tái hợp không bức xạ, khi năng lượng bị mất dưới dạng nhiệt thay vì ánh sáng và cũng hạn chế sự di chuyển của ion, có thể làm hỏng vật liệu theo thời gian. Kết quả, nhóm nghiên cứu tạo ra các màng perovskite ổn định hơn nhiều, sáng hơn nhiều so với các phiên bản trước.

Hiệu suất của PeLED mới thật đáng chú ý. Chúng đạt hiệu suất phát sáng hơn 22%, ngang bằng hoặc vượt hiệu suất của nhiều màn hình LED thương mại. Ấn tượng hơn, độ sáng cực đại của chúng đạt 1,16 triệu nits, một bước nhảy vọt lớn so với màn hình LED hiện nay, thường đạt mức tối đa là vài nghìn nits.

Ở mức độ sáng thông thường (khoảng 100 nits), về mặt lý thuyết, đèn PeLED này có thể hoạt động trong hơn 180.000 giờ. Điều đó tương đương với hơn 20 năm sử dụng liên tục, dễ dàng đáp ứng các tiêu chuẩn về độ bền cho các sản phẩm chiếu sáng thương mại.

Cách làm sáng tạo này giải quyết các vấn đề tồn tại lâu dài cả về hiệu suất và tuổi thọ của PeLED, khiến chúng là ứng cử viên sáng giá cho màn hình cao cấp và đèn siêu sáng trong tương lai. Bằng cách cải thiện chất lượng tinh thể bằng phương pháp đơn giản và có thể mở rộng quy mô, nhóm USTC mở ra hướng đi sử dụng perovskite trong mọi thứ, từ tivi, điện thoại thông minh thế hệ tiếp theo đến đèn sân vận động, biển quảng cáo ngoài trời.