더 밝고 더 효율적인 차세대

스탠포드 대학교 공과대학 작성2023년 8월 25일

Congreve의 연구실에 있는 8개의 녹색 페로브스카이트 LED 기판은 연구원들이 자외선을 비추면 빛을 발합니다. 크레딧: Sebastian Fernández / 스탠포드 대학교

더 저렴하고 쉽게 제조할 수 있는 LED 유형인 페로브스카이트 LED의 재료 구성을 조작함으로써 스탠포드 연구원들은 밝기와 효율성의 도약을 달성했지만 사용 후 몇 분 후에 빛이 꺼지는 것을 보았습니다.

일반적으로 LED라고 알려진 발광 다이오드 덕분에 여러분이 읽고 있는 화면이 빛을 낼 가능성이 있습니다. 널리 보급된 이 기술은 에너지 효율적인 실내 조명을 제공하고 컴퓨터 모니터, TV 및 스마트폰 화면을 점점 더 밝게 비춥니다. 불행하게도 상대적으로 힘들고 비용이 많이 드는 제조 공정이 필요합니다.

이러한 단점을 해결하기 위해 스탠포드 연구원들은 더 저렴하고 만들기 쉬운 대안인 페로브스카이트 LED(PeLED)의 밝기와 효율성을 높이는 방법을 테스트했습니다. 그러나 향상된 기능으로 인해 조명이 몇 분 안에 흐릿해지면서 이 종류의 재료를 발전시키기 위해 이해해야 하는 신중한 절충안이 입증되었습니다.

“우리는 그것이 왜 저하되는지 이해하기 위해 몇 가지 큰 조치를 취했습니다. 문제는 효율성을 유지하면서 이를 완화할 수 있는 방법을 찾을 수 있느냐는 것입니다.” 이번 달 초 Device 저널에 게재된 논문의 수석 저자이자 전기 공학 조교수인 Dan Congreve는 말합니다. "만약 그렇게 할 수 있다면 실제로 실행 가능한 상용 솔루션을 향한 작업을 시작할 수 있다고 생각합니다."

Congreve 연구실에 있는 8개의 녹색 망간 도핑 페로브스카이트 LED는 연구원들이 전류를 흐르게 할 때 빛납니다. 크레딧: Sebastian Fernández / 스탠포드 대학교

In simplest terms, LEDs transform electrical energy into light by passing electric current through a semiconductor – layers of crystalline material that emits light with an applied electric field. But creating those semiconductorsSemiconductors are a type of material that has electrical conductivity between that of a conductor (such as copper) and an insulator (such as rubber). Semiconductors are used in a wide range of electronic devices, including transistors, diodes, solar cells, and integrated circuits. The electrical conductivity of a semiconductor can be controlled by adding impurities to the material through a process called doping. Silicon is the most widely used material for semiconductor devices, but other materials such as gallium arsenide and indium phosphide are also used in certain applications." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">반도체는 백열등이나 형광등과 같이 에너지 효율성이 떨어지는 조명에 비해 복잡하고 비용이 많이 듭니다.

Congreve 연구실의 박사과정 학생이자 논문의 주요 저자인 Sebastian Fernández는 “이러한 물질 중 상당수는 4인치 사파이어 기판과 같은 고가의 표면에서 성장합니다.”라고 말했습니다. "이 기판을 구입하는 데만 수백 달러가 듭니다."

PeLED는 다양한 요소가 혼합된 금속 할로겐화물 페로브스카이트라고 알려진 반도체를 사용합니다. 엔지니어는 유리 기판에 페로브스카이트 결정을 성장시켜 일반 LED에 비해 상당한 비용을 절감할 수 있습니다. 또한 페로브스카이트를 용액에 용해시키고 이를 유리 위에 "페인트"하여 발광층을 생성할 수 있는데, 이는 일반 LED가 요구하는 것보다 간단한 생산 공정입니다.

이러한 장점은 더 많은 건축 환경에서 에너지 효율적인 실내 조명을 실현할 수 있게 하여 에너지 수요를 줄일 수 있습니다. PeLED는 스마트폰과 TV 디스플레이의 색상 순도를 향상시킬 수도 있습니다. Congreve는 "녹색은 더 녹색이고 파란색은 더 파란색입니다"라고 말합니다. "말 그대로 장치에서 더 많은 색상을 볼 수 있습니다."

Most PeLEDs today, however, peter out after just a few hours. And they often don’t match the energy efficiency of standard LEDs, due to random gaps in the perovskite’s atomic structure known as defects. “There should be an atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"atom here, but there’s not,” Congreve explains. “Energy goes in there, but you don’t get light out, so it harms the overall efficiency of the device.”/p>