Kürzlich gab das belgische Forschungs- und Innovationszentrum IMEC in einem Forschungsergebnisbericht die erfolgreiche Entwicklung einer neuen Stapelarchitektur für Perowskit-Leuchtdioden (PeLED, Perowskit-LED) bekannt. Bemerkenswerterweise ist die Helligkeit der PeLED mit dieser Architektur bis zu 1.000-mal so hoch wie die der derzeit modernsten organischen Leuchtdioden (OLED). Wie das IMEC-Team in der Fachzeitschrift "Optics.org" erklärte, ist dieser Durchbruch ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu Perowskit-Injektionslasern und dürfte künftig sehr attraktive Anwendungsszenarien in vielen Bereichen wie Displays, Bildprojektionen, Umweltsensoren und medizinischer Diagnostik ermöglichen.
Das Anwendungsspektrum von Leuchtdioden ist heute extrem breit und reicht von herkömmlichen Fernseh- und Computerbildschirmen über Ampeln bis hin zur Flugbeleuchtung. Dies hat den Wandel in der modernen Beleuchtungs- und Sensortechnologie maßgeblich vorangetrieben. Organische Leuchtdioden (OLEDs) sind eine der derzeit beliebtesten Displaytechnologien und werden häufig zur Herstellung digitaler Bildschirme für Fernsehbildschirme, Computermonitore, Smartphones und tragbare Spielkonsolen verwendet. Ihr Prinzip besteht darin, organische Dünnschichtpolymere als Halbleiterbauelemente zu verwenden. Aufgrund objektiver Bedingungen wie der Leuchtstoffe ist die Spitzenhelligkeit von OLEDs jedoch begrenzt. Stellen Sie sich vor, im Sonnenlicht ist es oft sehr schwierig, den Inhalt auf dem OLED-Bildschirm eines Smartphones zu erkennen.
Vor diesem Hintergrund bieten Perowskit-Leuchtstoffe einzigartige Vorteile. Perowskit ist eine Art Perowskitoxid mit kubischer Kristallstruktur. Aufgrund seiner besonderen physikalischen Eigenschaften ist sein Anwendungspotenzial nicht auf den Bereich der Solarzellen (derzeit die Hauptanwendungsrichtung von Perowskit) beschränkt. Im letzten Jahrzehnt hat sich Perowskit dank seiner hervorragenden optoelektronischen Eigenschaften, seiner kostengünstigen Verarbeitung und seiner effizienten Ladungsübertragungsfähigkeiten allmählich im Bereich der Leuchtdiodenanwendungen etabliert und sich zu einem beliebten Materialkandidaten entwickelt, der viel Aufmerksamkeit erregt hat.
Obwohl Perowskit-Leuchtdioden (PeLEDs) viel Aufmerksamkeit erregt haben, stehen sie immer noch vor Herausforderungen. Wie aus einer verwandten Meldung hervorgeht, können Perowskite zwar hohen Stromdichten standhalten, haben aber noch keinen Laserbetrieb erreicht, der hochintensives kohärentes Licht emittiert. Professor Paul Herremans, leitender Forscher am IMEC und korrespondierender Autor des in Nature Photonics veröffentlichten Forschungspapiers, sagte: "Im ULTRA-LUX-Projekt führte das IMEC erstmals eine Perowskit-Leuchtdioden-Architektur (PeLED) mit geringen optischen Verlusten ein und brachte diese PeLEDs erfolgreich auf eine Stromdichte, die eine stimulierte Lichtemission unterstützt." Professor Herremans fügte hinzu: "Diese neue Architektur besteht aus einer Transportschicht, einer transparenten Elektrode und Perowskit als aktivem Halbleitermaterial und kann mit einer Stromdichte von 3 Kiloampere pro Quadratzentimeter betrieben werden, was zehntausendmal höher ist als bei herkömmlichen OLEDs."
Welche Durchbrüche hat diese neue Architektur also erzielt? „Mit dieser Architektur haben wir die verstärkte spontane Emission zusätzlich zum konventionellen optischen Pumpen elektrisch verstärkt. Wir haben experimentell nachgewiesen, dass der Beitrag der elektrischen Injektion zur gesamten stimulierten Emission bis zu 13 % beträgt, was uns sehr nahe an die Schwelle zur Realisierung von Dünnschicht-Injektionslasern bringt. Dieser Meilenstein eröffnet neue Perspektiven für die Entwicklung von Hochleistungs-Dünnschicht-Laserdioden und legt eine solide Grundlage für neue Anwendungen von Dünnschicht-Perowskit-Lasern“, erklärt Robert Gerhar, Projektmanager bei IMEC und korrespondierender Autor der Studie.
