Perowskit-LED Tausend Mal heller als moderne OLEDs

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Die von Imec entwickelte Perowskit-LED ist ein wichtiger Durchbruch in der LED-Technologie. Sie ist tausendmal heller als moderne OLEDs und hat eine Effizienz von über 20 Prozent. Das macht sie zu einer vielversprechenden Alternative für Anwendungen, bei denen es auf hohe Helligkeit und Effizienz ankommt.

Leuchtdioden (LEDs) haben die moderne Beleuchtungs- und Sensortechnik grundlegend verändert. Vom Haushalt bis zur Industrie werden LEDs in allen Beleuchtungsanwendungen eingesetzt, von der Raumbeleuchtung über Fernsehbildschirme bis hin zu biomedizinischen Anwendungen. Die heute weit verbreiteten organischen LEDs (OLEDs), zum Beispiel in Smartphone-Displays, verwenden organische Dünnschichtmaterialien als Halbleiter. Ihre maximale Helligkeit ist allerdings noch begrenzt. Man denke nur an den Versuch, das Display eines Smartphones an einem sehr sonnigen Tag zu erkennen.

Inzwischen beweisen Perowskite – eine Klasse von Materialien mit einer spezifischen Kristallstruktur – ihren Wert auch über Solarzellen hinaus. Mit ihren optoelektrischen Eigenschaften, den preiswerten Verarbeitungsmöglichkeiten und dem effizienten Ladungstransport haben sich diese Materialien in den letzten zehn Jahren als interessante Kandidaten für Lichtemissionsanwendungen wie LEDs erwiesen. Die Perowskit-LED besteht aus einer Schicht von Perowskit-Kristallen, die zwischen zwei elektrischen Kontakten eingebettet ist. Wenn eine Spannung an die Kontakte angelegt wird, fließen Elektronen und Löcher durch die Perowskit-Kristalle und erzeugen Licht.

Zehntausendfach höhere Stromdichte

Obwohl Perowskite sehr hohe Stromdichten vertragen, wurde bisher noch kein Laserbetrieb mit der Emission von hochintensivem kohärentem Licht erreicht. „Im Rahmen des ULTRA-LUX-Projekts hat das Imec zum ersten Mal eine PeLED-Architektur mit geringen optischen Verlusten demonstriert und diese PeLEDs auf Stromdichten gepumpt, die die stimulierte Emission von Licht unterstützen“, erklärt Professor Paul Heremans, Senior Fellow am Imec und leitender Forscher des Projekts. „Diese neuartige Architektur aus Transportschichten, transparenten Elektroden und Perowskit als aktivem Halbleitermaterial kann bei zehntausendfach höheren Stromdichten von 3 kA cm^-2 (3.000 Ampere pro Quadratzentimeter) als herkömmliche OLEDs betrieben werden.

„Mit dieser Architektur ist es Imec gelungen, die Spontanemission mit elektrischer Unterstützung des herkömmlichen optischen Pumpens zu steigern. Damit hat Imec gezeigt, dass die elektrische Injektion 13 Prozent zur Gesamtmenge der stimulierten Emission beiträgt und sich damit dem Schwellenwert für einen Dünnschicht-Injektionslaser nähert“, erklärt Robert Gehlhaar, Projektleiter bei Imec. „Dieser Meilenstein auf dem Weg zu hochleistungsfähigen Dünnschicht-Laserdioden ebnet den Weg für spannende neue Anwendungen von Dünnschicht-Perowskit-Lasern“.

Einsatz in Industrie und Medizin

Die Tatsache, dass Perowskit-LEDs bei Stromdichten von 3 kA cm^-2 betrieben werden können, bedeutet, dass sie für den Laserbetrieb geeignet sein könnten. Das würde eine Reihe neuer Anwendungen für Perowskit-LEDs eröffnen, darunter:

• Bildprojektion: In Projektoren für hellere und energieeffizientere Bilder.

• Medizinische Diagnostik: Medizinische Geräten, um Gewebe und Organe zu untersuchen.

• Industrielle Fertigung: Perowskit-Laser schneiden oder schweißen Materialien.

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