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Aug 18, 2023

エンジニアは新しい LED の効率を高めるために分子添加剤を使用していますが、安定性は低くなります

2023 年 8 月 2 日 この記事は、Science X の編集プロセスとポリシーに従ってレビューされました。 編集者は、コンテンツの信頼性を確保しながら、次の属性を強調しました。

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ショーン・カミングス著、スタンフォード大学

おそらく、あなたが読んでいる画面は、一般的に LED として知られる発光ダイオードのおかげで光っているのでしょう。 この広く普及したテクノロジーは、エネルギー効率の高い屋内照明を提供し、コンピューターのモニター、テレビ、スマートフォンの画面をますます明るく照らします。 残念ながら、比較的手間がかかり、高価な製造プロセスも必要となります。

この欠点に対処することを期待して、スタンフォード大学の研究者らは、安価で製造が容易な代替品であるペロブスカイト LED (PeLED) の輝度と効率を高める方法をテストしました。 しかし、それらの機能強化により、数分以内にライトが消えてしまい、このクラスのマテリアルを進歩させるには慎重なトレードオフを理解する必要があることがわかりました。

「なぜパフォーマンスが低下するのかを理解するために、私たちは大きな一歩を踏み出しました。問題は、効率を維持しながらそれを軽減する方法を見つけることができるかということです。」 電気工学の助教授であり、この論文の主著者であるダン・コングリーブ氏は、8月1日にDevice誌に掲載された論文でこう述べています。 「それができれば、実用的な商業的解決策に向けて本格的に取り組み始めることができると思います。」

最も単純に言えば、LED は、半導体 (電場を加えると光を放射する結晶材料の層) に電流を流すことによって、電気エネルギーを光に変換します。 しかし、これらの半導体の製造は、白熱灯や蛍光灯などのエネルギー効率の低い照明に比べて複雑でコストがかかります。

「これらの材料の多くは、4 インチのサファイア基板などの高価な表面上で成長します」と博士のセバスチャン フェルナンデスは言います。 Congreve の研究室の学生であり、論文の筆頭著者。 「この基板を購入するだけでも数百ドルかかります。」

PeLED は、さまざまな元素の混合物で構成されるメタルハライド ペロブスカイトとして知られる半導体を使用します。 エンジニアはガラス基板上でペロブスカイト結晶を成長させることができるため、通常の LED と比較して大幅なコストを節約できます。 また、ペロブスカイトを溶液に溶解し、それをガラス上に「ペイント」して発光層を作成することもでき、これは通常の LED が必要とするよりも簡単な製造プロセスです。

これらの利点により、エネルギー効率の高い屋内照明をより多くの建築環境で実現できるようになり、エネルギー需要が削減される可能性があります。 PeLED は、スマートフォンやテレビのディスプレイの色純度を鮮明にすることもできます。 「緑はより緑に、青はより青に」とコングリーブ氏は言う。 「文字通り、このデバイスからより多くの色が見えるようになります。」

しかし、今日のほとんどの PeLED はわずか数時間で消えてしまいます。 また、ペロブスカイトの原子構造には欠陥と呼ばれるランダムなギャップがあるため、標準的な LED のエネルギー効率と一致しないことがよくあります。 「ここには原子があるはずですが、ありません」とコングリーブ氏は説明する。 「エネルギーはそこに入りますが、光は取り出されないため、デバイスの全体的な効率が損なわれます。」