Люминофор с перовскитом

Марк Пеплоу сообщил на веб-сайте Chemical & Engineering News о последних обнадеживающих результатах исследовательской группы из CEMSE и KAUST. Исследователи обнаружили, что комбинация обработанных раствором CsPbBr3 нанокристаллов перовскита с обычным красным люминофором дает белый свет высокого качества при накачке голубым светодиодом или лазером. Кроме того, время жизни возбужденного состояния достаточно короткое, чтобы обеспечить рекордную ширину полосы пропускания для способа передачи данных видимым светом, также известного как LiFi.

Зеленый люминофор на основе нанокристаллов перовскита, смешанный с люминофором красного цвета, выглядит желтым при окружающем освещении (на фотографии слева). При возбуждении синим лазером, комбинация люминофора производит белый свет (на фотографии справа)

Светодиоды все чаще используются для освещения домов и офисов. В дальнейшем, те же самые источники света могли бы передавать данные на ваш компьютер или смартфон импульсами фотонов так быстро, что глаз их не увидит. Но эта форма связи видимым светом сталкивается с двумя ключевыми проблемами: свет должен мерцать достаточно быстро, чтобы нести значительные объемы данных, и в то же время он должен обеспечивать теплые, сбалансированные цветовые тона, необходимые для приятного внешнего освещения.

Нанокристаллы CsPbBr3 могут помочь решить обе проблемы, согласно отчетам команды, возглавляемой Бун С. Оой и Османом Бакром в Университете Науки и Технологий Короля Абдаллы (KAUST). Они обнаружили, что светодиоды, покрытые материалом, могут достигать высоких скоростей передачи данных со скоростью 2 гигабит в секунду, что сравнимо с быстрым Wi-Fi при производстве света, соответствующего коммерческим светодиодам белого света (ACS Photonics 2016, DOI: 10.1021 /acsphotonics.6b00187).

Связь посредством видимого света, иногда называемая Li-Fi, уже находит приложения в реальном мире. В прошлом году, например, голландская компания Phillips установила смарт-светодиодную систему во французском супермаркете, которая использует Li-Fi для передачи скидочных предложений покупателям мобильных телефонов в зависимости от их местонахождения в магазине. Если скорость передачи данных может быть значительно увеличена, Li-Fi может добавить столь необходимую пропускную способность для перегруженных сетей Wi-Fi, которые используют радиоволны.

И поскольку смарт-светодиоды выполняют двойную работу, обеспечивая освещение и связь, они предлагают экономичное решение, говорит Бакр. Оои добавляет, что этим системам даже не нужна прямая видимость между светодиодом и компьютером: «Пока ваше устройство может видеть свет, вы можете принимать сигнал», - говорит он.

Светодиоды белого света обычно содержат синий светодиод, покрытый люминофорами, которые превращают часть света в зеленый и красный. Но большинство люминофоров занимают слишком много времени, чтобы восстановиться между возбуждением и эмиссией, пульсируя не более нескольких миллионов раз в секунду. В прошлом году другие исследователи показали, что полимерные полупроводники могут достигать частот более 200 МГц (ACS Photonics 2015, DOI: 10.1021 / ph500451y).

Вместо этого команда KAUST обратилась к CsPbBr3, входящей в семейство материалов, известных как перовскиты, привлекающие повышенное внимание фотогальванического научного сообщества. Перовскитовые солнечные батареи в течение последних семи лет добились заметного повышения эффективности, а материалы дешевы и относительно легко готовятся в растворе.

Команда создала нанокристаллы перовскита, ориентировочно 8 нм в поперечнике, и обнаружила, что их зеленое свечение исчезло всего за семь наносекунд. Это позволило им надежно пульсировать почти на 500 МГц, устанавливая, по мнению исследователей, новый рекорд для светодиодных люминофоров. "Это очень впечатляющее и важное достижение", - говорит Тед Сарджент из Университета Торонто, который работает над оптоэлектронными материалами и в прошлом сотрудничал с группой KAUST.

Быстрое реагирование частично объясняется размерами кристаллов, объясняет Бакр. Когда синий свет возбуждает электрон в материале, он образует электронно-дырочную пару, называемую экситоном. Ограничения крошечного кристалла изменяют энергетические уровни экситона, заставляя электрон более вероятно рекомбинировать с его дыркой и испускать фотон.

Когда исследователи объединили фосфор перовскита с коммерческим эмиссионным люминофором и синим индикатором нитрида галлия, устройство получило теплый белый свет с индексом цветопередачи 89, так же как белые светодиоды уже присутствующие на рынке (естественный солнечный имеет индексом цветопередачи 100).

Jakoah Brgoch из Хьюстонского университета, разрабатывающий новые люминофоры для светодиодного освещения, говорит, что относительно легко тонко настраивать химию перовскитов, заменяя различные галогениды или ионы металлов. Это означает, что есть большой потенциал для улучшения этих свойств.

Источник - Led Professional - Trends & Technologies for Future Lighting Solutions, Jun 23, 2016

<< Предыдущая статья

Следующая статья >>