LED à pérovskite : haut rendement et faible coût

13 mai 2019, 12:02
LED à pérovskite : haut rendement et faible coût
LED à pérovskite : haut rendement et faible coût
Des chercheurs de l'université de Cambridge ont battu un nouveau record de rendement pour les LED à base de pérovskite, avec un niveau comparable aux LED organiques (OLED) les plus performantes.

La technologie d'affichage OLED est coûteuse et n’est utilisée que sur les téléviseurs et les appareils intelligents haut de gamme. En revanche, les nouvelles LED à base de pérovskite sont bien moins chères, et de surcroît adaptables pour émettre une lumière d'une grande pureté de couleur dans le rayonnement visible et le proche infrarouge. La couche de pérovskite de la LED est fabriquée pour assurer une luminescence interne proche de 100 % ; d’où une technologie d’affichage peu coûteuse et particulièrement attractive pour une nouvelle génération d’afficheurs, de systèmes d'éclairage et même de cellules photovoltaïques.

Les pérovskites ont déjà été utilisées pour construire des cellules photovoltaïques à haut rendement, qui devraient, à terme, remplacer leurs homologues commerciales au silicium. Jusqu'ici, les recherches concernant les LED à pérovskite n'ont pas permis d'obtenir le succès escompté pour fabriquer des composants aussi efficaces que la technologie OLED. Même si elle est prometteuse, la technologie à pérovskite hybride pose des problèmes de limitation du rayonnement du fait de défauts microscopiques dans la structure cristalline.

Pourtant, les chercheurs de l'université de Cambridge viennent de démontrer la possibilité de fabriquer une couche composite, constituée de pérovskite et d'un polymère, et d'accroître ainsi significativement les émissions lumineuses pour atteindre le rendement maximal théorique des OLED à couches minces. Les résultats ont été publiés dans un article intitulé « High-efficiency perovskite-polymer bulk heterostructure light-emitting diodes » sur le site de la revue Nature Photonics.

Selon les chercheurs, cette structure composite pérovskite-polymère inédite devrait significativement diminuer les pertes relatives à l'émission de lumière. Le dispositif permet d'éviter que les électrons et les charges positives se recombinent par le biais des défauts de la structure de pérovskite.

Le mélange (hétérostructure massive) utilisé dans ces nouvelles LED est constitué de composants de pérovskite en 2D et 3D, associés à un isolant formé de polymère. Lorsqu’un rayonnement laser ultrarapide atteint les structures, les paires de charges électriques nécessaires au transfert d'énergie se déplacent des zones 2D vers les zones 3D en un millième de milliardième de seconde. Les charges dispersées dans les zones 3D se recombinent alors et produisent de la lumière avec un rendement extrêmement élevé. La rapidité de ce processus montre que les charges présentes dans les zones 3D sont effectivement isolées des défauts par le polymère pour éviter toute perte d'énergie. Les meilleurs rendements sont supérieurs à 20 % et se situent donc dans une fourchette pertinente pour les applications d'affichage, avec, au passage, un nouveau record pour les LED à pérovskite.

Par ailleurs, l'équipe travaille à améliorer la stabilité du produit à long terme. Alors que les premières LED à pérovskite avaient une durée de vie de quelques secondes seulement, les modèles obtenus aujourd’hui atteignent une demi-vie de près de 50 heures. Il s'agit d'une énorme amélioration en seulement quatre ans, mais malheureusement encore loin d'atteindre la durée de vie des applications commerciales.
 
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