نانوکریستال‌های پروسکایت بسیار کارآمد برای توسعه نمایشگرهای نسل آینده با کیفیت فوق‌العاده بالا

بیشتر افراد پروسکایت را به عنوان ماده‌ای که نور را جذب کرده و در سلول‌های خورشیدی پیشرفته و با کارایی بالا استفاده می‌شود، می‌شناسند.

با این حال، با وجود داشتن خواص برجسته در جذب و انتشار نور، پروسکایت هنوز به طور گسترده‌ای برای ساخت منبع‌های نور یا نمایشگرها استفاده نمی‌شود.

این به این دلیل است که زمانی که اتم‌ها درون ماده پروسکایت دچار جابجایی می‌شوند، اختلالاتی در شبکه بلوری آنها ایجاد می‌شود. این اختلالات در نهایت موجب کاهش بازده لومینسانس، یعنی توانایی ماده در تبدیل انرژی جذب شده به نور منتشر شده، می‌شوند.

به طرز شگفت‌انگیزی، یک تیم از محققان بین‌المللی این چالش را پشت سر گذاشته و با استفاده از نانوکریستال‌های پروسکایت، LEDهای بسیار کارآمدی توسعه داده‌اند. در مطالعه جدید خود، آنها یک روش مبتنی بر ماده جدید برای تقویت شبکه بلوری پروسکایت را برجسته کرده‌اند.

«ما پیش‌بینی می‌کنیم که این به طور قابل توجهی به توسعه دستگاه‌های نورافشان پروسکایتی با کارایی بالا و طول عمر طولانی کمک می‌کند و به تجاری‌سازی نمایشگرهای نسل بعدی با وضوح فوق‌العاده بالا منجر می‌شود»، جانگ هون چو، یکی از نویسندگان مطالعه و متخصص علم مواد در دانشگاه ملی سئول، گفت.

تبدیل پروسکایت به LEDهای امیدوارکننده

استفاده از پروسکایت برای هدف انتشار نور نیازمند معرفی تغییراتی در مقیاس اتمی بدون ایجاد اختلالات دینامیکی در شبکه بلوری آن است.

نویسندگان مطالعه با تلفیق مولتی‌پادهای مولکولی متصل (CMM) در سطح نانوکریستال‌های پروسکایت به این هدف دست یافته‌اند. CMMها مولکول‌های شاخه‌دار ویژه‌ای هستند که می‌توانند بر تعامل میان مولکول‌های مختلف تأثیر بگذارند.

«ما دریافتیم که CMMها به شدت بر روی سطح پروسکایت به‌طور عمده از طریق تعاملات واندروالسی (vdW) و اتصال هیدروژنی جذب می‌شوند و حرکات شبکه نزدیک به سطح پروسکایت را محدود می‌کنند، از این رو اختلالات دینامیکی را کاهش می‌دهند»، محققان توضیح دادند.

در نتیجه، شبکه پروسکایت تقویت شده و کارایی لومینسانس آن بهبود می‌یابد. با استفاده از این روش، پژوهشگران LEDهای نانوکریستال پروسکایت بسیار کارآمد (PeNC-LED) توسعه داده‌اند.

این LEDها بازده کوانتومی خارجی ۲۶.۱ درصد را نشان دادند.

«این مقدار در بین بالاترین بازده‌ها در LEDهای نانوکریستال پروسکایت قرار دارد و به خصوص قابل توجه است زیرا بهبود بازده با افزایش کارایی انتشار ذاتی ماده به خودی خود به دست آمده است، نه از طریق مهندسی ساختار دستگاه که بازده انتشار نور را افزایش می‌دهد»، محققان افزودند.

LEDهای PeNC می‌توانند به نمایشگرهای با کیفیت بالا منجر شوند

LEDهای توسعه یافته با استفاده از نانوکریستال‌های پروسکایت محدود به ارائه کارایی استثنایی نیستند. آنها همچنین می‌توانند به توسعه نمایشگرهای فراتر از UHD که تا کنون تجربه کرده‌اید کمک کنند.

این به این دلیل است که نوری که توسط LED PeNC منتشر می‌شود، طول موج‌های الکترولومینسانسی را در همان ناحیه سبز رنگ نوری که برای ساخت نمایشگرهای با کیفیت UHD استفاده می‌شود، دارد.

«انتشار الکترولومینسانس (EL) به رنگ سبز اولیه در استاندارد Rec. 2020 نزدیک می‌شود. این نتایج پتانسیل قوی CMM تعبیه‌شده PeNC را به عنوان منابع انتشار خالص سبز کارآمد نسل بعدی برای توسعه نمایشگرهای زنده با وضوح فوق‌العاده بالا نشان می‌دهد»، نویسندگان مطالعه توضیح دادند.

Rec. 2020 استاندارد تعیین شده توسط اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ITU) است. این استاندارد مشخصات استاندارد، مانند فضای رنگ بهینه، وضوح، نرخ فریم، و عمق بیت برای نمایشگرهای UHD را تعریف می‌کند.

امید است که LEDهای PeNC به زودی از محیط‌های آزمایشگاهی خارج شده و به توسعه بهترین منابع نوری و نمایشگرهایی که تا کنون دیده‌ایم، کمک کنند.

مطالعه در Nature Communications منتشر شده است.