Onderzoekscentrum imec ontwikkelde een perovskiet-ledstructuur die licht uitstraalt dat duizend keer helderder is dan de allernieuwste oleds. Dit resultaat, dat deze maand gepubliceerd werd in Nature Photonics, is een cruciale mijlpaal op weg naar een perovskiet-injectielaser, met veelbelovende toepassingen in beeldprojectie, omgevingssensoren, medische diagnostiek en nog veel meer.
Lichtgevende dioden (leds) hebben een revolutie teweeggebracht in de moderne verlichtings- en detectietechnologie. Ze verbruiken maar een fractie van de energie van gloeilampen, terwijl ze meer dan tien keer langer kunnen branden. Of het nu gaat om kerstverlichting, tv-schermen of biomedische toepassingen, leds zijn tegenwoordig overal te bespeuren. Veelgebruikte organische leds (oleds), bijvoorbeeld in smartphoneschermen, maken gebruik van organische dunne-filmmaterialen als halfgeleider. Hun maximale helderheid blijft echter beperkt; denk maar aan hoe moeilijk leesbaar je smartphonescherm kan zijn op een zeer zonnige dag.
Perovskieten – een klasse van materialen met een specifieke kristalstructuur – zijn vooral bekend geworden als een veelbelovende toplaag van zonnecellen, maar intussen bewijzen ze ook elders hun waarde. Met uitstekende opto-elektrische eigenschappen zijn deze materialen de afgelopen tien jaar naar voren gekomen als een interessante kandidaat voor diverse lichtemissietoepassingen, zoals leds en lasers. Zo kunnen perovskiet-leds (‘peleds’) en perovskiet-lasers leiden tot kosteneffectieve en ultraheldere lichtbronnen, met bovendien de mogelijkheid voor toepassingen op grote oppervlakten.
Hoewel perovskieten in theorie zeer hoge stroomdichtheden kunnen weerstaan, is laserwerking – de emissie van intens coherent licht – met dit soort materiaal nog nooit bereikt. De mogelijke toepassingen van een pe-laser zijn nochtans veelbelovend, van verlichting, sensoren voor medische diagnostiek tot communicatie. “In het ULTRA-LUX-project heeft imec voor het eerst een peled-architectuur getoond met lage optische verliezen,” legt prof. Paul Heremans, imec Senior Fellow en hoofdonderzoeker van het project, uit. “Deze nieuwe architectuur konden we bovendien aansturen met elektrische stroomdichtheden vele duizenden keren hoger dan conventionele oleds, en die hoog genoeg zijn om de gestimuleerde emissie van licht te faciliteren”. Dankzij die hoge stroomdichtheden kunnen veel fotonen geëxciteerd worden, wat resulteert in ultrahelder licht – een essentiële stap richting een pe-laser.
De bevindingen worden gepubliceerd in Nature Photonics: ‘Electrically Assisted Amplified Spontaneous Emission in Perovskite Light Emitting Diodes’. Het ULTRA-LUX project werd gefinancierd door de European Research Council (ERC) in het kader van het Horizon 2020 onderzoeks- en innovatieprogramma van de Europese Unie (Grant agreement No.835133) met een Advanced Grant voor prof. Paul Heremans en loopt nog tot 30 september 2024.
