همراه با نسل جدید ال‌ای‌دی‌های پرنور و کارآمد/ رنگ نمایشگر‌ها واقعی‌تر می‌شود

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری علم و فناوری آنا، به احتمال زیاد صفحه‌ای که اکنون این مطلب را از روی آن می‌خوانید به لطف دیود‌های ساطع کننده نور یا همان ال‌ای‌دی (LED)، روشن می‌شوند.

این فناوری رایج در نورپردازی خانه ها، نمایشگر رایانه ها، تلویزیون و نمایشگر تلفن‌های هوشمند کاربرد دارد و بسیار کم مصرف است. با این حال، به یک فرآیند تولید نسبتاً پرزحمت و پرهزینه نیز نیاز دارد.

تلاش برای روشنایی مقرون به صرفه و کارآمد

اکنون پژوهشگران دانشگاه استنفورد به امید رفع این نقص، روشی را آزمایش کرده اند که باعث افزایش روشنایی و کارایی LED‌های پروسکایت یا PeLED، می‌شود؛ جایگزینی با تولید ارزان‌تر و آسان تر. با این حال، پیشرفت‌های آن‌ها باعث شد که چراغ‌ها در عرض چند دقیقه خاموش شوند؛ اتفاقی که نشان می‌دهد باید بررسی‌های دقیق تری برای پیشبرد این دسته از مواد صورت گیرد.

«دن کنگرو» (Dan Congreve) استادیار مهندسی برق و نویسنده ارشد این مقاله می‌گوید: گام‌های بزرگی برای درک اینکه چرا این لامپ‌ها خاموش می‌شوند برداشتیم. سوال این است که آیا می‌توانیم راهی برای کاهش این نقص و در عین حفظ بهره‌وری پیدا کنیم یا خیر؟ اگر بتوانیم این کار را انجام دهیم، فکر می‌کنم واقعاً می‌توانیم به سمت یک راه‌حل تجاری بادوام حرکت کنیم.

چه چیزی ال‌ای‌دی‌های پروسکایت را متفاوت می‌کند

به عبارت ساده‌تر، ال‌ای‌دی‌ها انرژی الکتریکی را با عبور جریان الکتریکی از یک نیمه‌رسانا تولید می‌کنند. نیمه رسانا‌ها لایه‌هایی از مواد کریستالی هستند که با میدان الکتریکی اعمال شده، نور ساطع می‌کنند. اما ایجاد این نیمه رسانا‌ها در مقایسه با چراغ‌های کم مصرف مانند لامپ‌های رشته‌ای و فلورسنت، پیچیده و پرهزینه است.

محققان استنفورد می‌گویند: «بسیاری از این مواد روی سطوح گران‌قیمتی مانند یک بستر یاقوت کبود چهار اینچی رشد می‌کنند که خرید چنین بستری چند صد دلار هزینه دارد.

PeLED‌ها از نیمه رسانای معروف به پروسکایت هالید متال استفاده می‌کنند که از ترکیبی از عناصر مختلف تشکیل شده است. مهندسان می‌توانند کریستال‌های پروسکایت را روی لایه‌های شیشه‌ای رشد دهند و در مقایسه با LED‌های معمولی، مبلغ قابل‌توجهی صرفه‌جویی کنند. آن‌ها همچنین می‌توانند پروسکایت‌ها را در محلول حل کنند و آن را روی شیشه رنگ کنند تا یک لایه ساطع کننده نور ایجاد کنند که فرآیند تولید ساده‌تر از LED‌های معمولی است.

کاربرد‌ها و محدودیت‌های LED پروسکایت

از جمله مزایای استفاده از این منبع نور می‌توان به روشنایی و نورپردازی ارزان‌تر محیط اشاره کرد که کاهش تقاضا برای انرژی را در پی دارد.

PeLED همچنین می‌توانند خلوص رنگ صفحه نمایش گوشی‌های هوشمند و تلویزیون را بسیار بیشتر کنند به طوریکه که کنگرو می‌گوید: با این فناوری سبز، سبزتر است، آبی بیشتر آبی است. شما می‌توانید به معنای واقعی کلمه رنگ‌های بیشتری را در نمایشگر‌های خود ببینید.

با این حال، اکثر PeLED‌های امروزی تنها پس از چند ساعت از بین می‌روند و به دلیل شکاف‌های تصادفی در ساختار اتمی پروسکایت که به عنوان نقص شناخته می‌شوند، اغلب با بازده انرژی LED‌های استاندارد مطابقت ندارند.

این محققان می‌گویند: «اینجا باید یک اتم وجود داشته باشد، اما وجود ندارد. انرژی به آنجا می‌رود، اما نمی‌بینید نوری خارج شود، بنابراین به کارایی کلی دستگاه آسیب می‌زند.»

روشنایی در مقابل طول عمر

بسیاری از این شکاف‌های هدر دهنده انرژی در پروسکایت‌ها در جایی اتفاق می‌افتد که اتم‌های سرب باید باشند. محققان با جایگزینی ۳۰ درصد سرب پروسکایت با اتم‌های منگنز، که به پر کردن این شکاف‌ها کمک می‌کند، روشنایی PeLED‌های خود را بیش از دو برابر، کارایی آن را تقریباً سه برابر و طول عمر چراغ‌ها را از کمتر از یک دقیقه به ۳۷ دقیقه افزایش دادند.

با این حال این روش برای سلامتی انسان مضر است. سرب برای انتشار نور در این ماده بسیار مهم است، اما در عین حال، سمی است. این نوع سرب همچنین محلول در آب است - به این معنی که می‌تواند از طریق صفحه نمایش گوشی‌های هوشمند ترک خورده نشت کند. مردم نسبت به فناوری تجاری که سمی است شک دارند، بنابراین محققان مجبور شدند مواد دیگری را در نظر بگیرند.

پیشرفت‌ها و چالش‌های بیشتر

آن‌ها یک گام فراتر رفتند و اکسید فسفینی به نام TFPPO را با پروسکایت مخلوط و مشاهده کردند کارایی آن بالا رفته است. این افزودنی لامپ‌ها را تا ۵ برابر بیشتر از لامپ‌های منگنزدار، بهینه کرد و یکی از درخشان‌ترین درخشش‌های PeLED ثبت شده را به نمایش گذاشت.

اما دستاورد‌ها با یک جنبه منفی همراه بود: روشنایی نور‌ها تنها در دو دقیقه و نیم به نصف رسید. (از طرف دیگر، پروسکایت‌هایی که با TFPPO تجهیز نشده بودند نسخه‌ای هستند که روشنایی خود را به مدت ۳۷ دقیقه حفظ کردند.)

محققان استنفورد بر این باورند که تبدیل انرژی الکتریکی به نور در طول زمان در PeLED‌های دارای TFPPO نسبت به آن‌هایی که بدون TFPPO هستند، عمدتاً به دلیل افزایش موانع مربوط به انتقال بار در PeLED است.

آن‌ها می‌گویند در حالی که TFPPO در ابتدا برخی از شکاف‌ها را در ساختار اتمی پروسکایت پر می‌کند، این شکاف‌ها به سرعت باز می‌شوند و باعث کاهش بهره‌وری انرژی همراه با دوام می‌شوند.

اکنون دانشمندان در تلاش هستند با جایگزین کردن مواد شیمیایی مختلف کارایی و اثربخشی لامپ‌های جدید را افزایش دهند تا راه برای تجاری سازی آنهاهموار شود.

نتایج این تحقیقات درنشریه Device منتشر شده است.