Prečo sú perovskitové LED diódy lepšie než súčasné LED

LED žiarovky a displeje môžu čoskoro prejsť na novú generáciu materiálov. Vedci a inžinieri sa čoraz viac zaujímajú o perovskitové LED (označované aj ako PeLED), ktoré sľubujú lacnejšiu výrobu, vyššiu svietivosť a menšiu ekologickú záťaž v porovnaní s dnešnými LED technológiami. Perovskit je minerálna kryštalická štruktúra (napríklad zlúčenina na báze vápnika, titánu a kyslíka), preslávená najmä v oblasti solárnych článkov. Teraz však perovskit nachádza uplatnenie aj vo svietidlách a obrazovkách.

Perovskitové diódy dokážu vyžarovať jasné a sýte svetlo rôznych farieb, pričom ich výroba nevyžaduje také komplikované a nákladné procesy ako pri klasických LED z polovodičov typu gálium-nitrid. Podľa profesora optoelektroniky Feng Gao z univerzity v Linköpingu sú perovskitové LED nielen lacnejšie a jednoduchšie na výrobu, ale vynikajú aj schopnosťou produkovať živé, intenzívne farby – čo je veľká výhoda napríklad pre obrazovky a displeje. Kým tradičné LED čipy sa vyrábajú pri vysokých teplotách a vákuových procesoch na drahých substrátoch, perovskitové diódy možno vytlačiť alebo naniesť vo forme tenkých filmov za oveľa miernejších podmienok.

Už teraz laboratórne prototypy PeLED pokrývajú celý farebný rozsah: vedci zostrojili perovskitové LED svietiace červenou, zelenou, modrou, bielou či dokonca blízko infračervenou farbou. Životné prostredie by na tom mohlo tiež získať – výskum ukazuje, že environmentálna stopa pri výrobe PeLED je porovnateľná s dnešnými organickými LED (OLED), ktoré patria k najekologickejším technológiám v osvetlení. Samozrejme, stále je pri výrobe potrebná chémia vrátane rozpúšťadiel (napr. acetón, izopropanol), čo predstavuje záťaž, no perovskity sú pomerne tolerantné k nečistotám a dajú sa vyrobiť s menšou spotrebou energie.

Najväčšou výzvou, ktorá zatiaľ stojí pred perovskitovými LED, je životnosť. Aktuálne experimentálne perovskitové diódy dokážu svietiť spoľahlivo len niekoľko stoviek hodín, kým ich výkon poklesne. To je pre praktické nasadenie málo – bežné LED žiarovky dnes vydržia desiatky tisíc hodín. Výpočty naznačujú, že PeLED by mali svietiť aspoň 10 000 hodín, aby prekonali ekologický dlh z ich výroby a boli konkurencieschopné. Vedci však veria, že práve životnosť je parameter, ktorý sa intenzívnym výskumom čoskoro zlepší.

Ako poznamenal doktorand Muyi Zhang, „vývoj perovskitových LED sa zrýchľuje a ich životnosť sa predlžuje“. V priebehu posledných rokov sa už dosiahol mnohonásobný nárast výdrže týchto diód. Vyhliadky do budúcnosti sú lákavé. Perovskitové LED by mohli nájsť uplatnenie nielen ako úsporné žiarovky a obrazovky, ale aj v komunikačných technológiách (napr. optické prenosy) či medicíne (napr. špeciálne fototerapie), kde by mohla pomôcť ich schopnosť emitovať svetlo rôznych vlnových dĺžok.

^{Muyi Zhang, doktorand na Katedre fyziky, chémie a biológie na LiU, drží perovskitovú LED diódu. Zdroj Foto: Olov Planthaber.}

Už v roku 2024 sa objavil prototyp perovskitovej LED, ktorá bola tisíckrát jasnejšia než porovnateľná OLED, čo dokazuje potenciál tejto technológie pre mimoriadne žiarivé displeje alebo svetlomety. Odhaduje sa, že ak vývoj pokročí, cena výroby veľkoplošných panelov z PeLED by mohla klesnúť na cca 100 USD za meter štvorcový, čím by konkurovala súčasným OLED panelom. Vedci zhrnuli, že perovskitové LED majú „veľký potenciál pre komerčné uplatnenie v dlhodobom horizonte“.

Podmienkou však je preklenúť zostávajúce nedostatky – predovšetkým spomínanú životnosť a stabilitu materiálu. Pokiaľ sa to podarí, táto technológia by mohla nielen plnohodnotne nahradiť dnešné LED, ale dokonca ich predčiť v lacnosti a ekologickosti. V blízkej budúcnosti teda možno budeme svietiť a zobrazovať pomocou perovskitov, čo by znamenalo ďalší krok k udržateľnej a pokročilej elektronike.

Zdroj: zmescience.com.

^{Zdroj Foto: depositphotos.com.}