Tecnologia e innovazione: creati nuovi Led “super-efficienti” e resistenti alle alte temperature

Innovativi diodi a emissione di luce (LED) stampabili, capaci di produrre luce cromaticamente pura in modo estremamente efficiente anche a elevate temperature di funzionamento, tipicamente dannose per i dispositivi tradizionali: questo il risultato della collaborazione tra l’Università di Milano-Bicocca, la Jiao Tong University e l’Istituto di Sicurezza Ecologica e Controllo dell’Inquinamento di Shanghai.
Lo studio è frutto della sinergia tra i due team di ricerca: quello italiano, guidato dal professor Sergio Brovelli del Dipartimento di Scienza dei Materiali e quello cinese, coordinato dal professor Liang Li del Dipartimento di Scienza e Ingegneria Ambientale della Jiao Tong University. Il lavoro, dal titolo “Suppression of Temperature Quenching in Perovskite Nanocrystals for Highly Efficient and Thermally Stable Light Emitting Diodes” (DOI: 10.1038/s41566-021-00766-2) è stato appena pubblicato su Nature Photonics.
Nelle tecnologie di illuminazione artificiale, i materiali emissivi caratterizzati da una luminescenza stabile ed efficiente a temperature elevate sono fondamentali per ottenere alte prestazioni nonostante la generazione di calore durante il funzionamento del dispositivo.
Ad oggi, il cosiddetto spegnimento termico (o thermal quenching) dell’emissione rappresenta uno dei problemi più critici per l’applicazione nei LED di nanocristalli di perovskite.
Nonostante importanti progressi negli ultimi anni, la soppressione del thermal quenching rimane una sfida aperta. Fino ad ora, tutte le strategie proposte per superare questo limite rendevano impossibile il trasporto elettrico tra le nanoparticelle, rendendole di fatto inadatte all’utilizzo come emettitori in LED.
Grazie alle conoscenze trasversali presenti nei dipartimenti italiano e cinese, gli scienziati hanno realizzato per la prima volta nanocristalli di perovskite con efficienza di emissione ideale, indipendente dalla temperatura fino a 100°C (marcatamente superiore alla temperatura di funzionamento tipica dei LED) e, soprattutto, consentendo un’efficiente iniezione di carica elettrica.
I dispositivi LED basati su questi nuovi materiali sono quindi stati in grado di emettere luce spettralmente pura, con basse tensioni di accensione ed efficienze pressoché unitarie (19.3% a fronte di efficienze ideali del 20%).
«Il risultato più importante, tuttavia – sottolinea Sergio Brovelli – è che la quasi totalità dell’efficienza di questi dispositivi è conservata a temperature elevate, in netto contrasto con il drastico calo comunemente osservato per LED standard. Questi risultati aprono quindi la strada alla diffusione di dispositivi di illuminazione artificiale stampabili, a basso costo e basso consumo energetico».