Перовскітні світлодіоди можуть замінити традиційні LED

Дослідники з Лінчепінгського університету представили новий тип світлодіодів, виготовлених з матеріалу під назвою перовскіт. Цей мінерал оксиду кальцію та титану раніше асоціювався переважно з дешевими сонячними панелями, проте тепер він може революціонізувати світлодіодну індустрію. Перовскітні світлодіоди не лише високоефективні та дешеві у виробництві, але й можуть бути значно екологічнішими за своїх попередників.

Фен Гао, професор оптоелектроніки Лінчепінгського університету, зазначає, що перовскітні світлодіоди дешевші та простіші у виробництві порівняно з традиційними LED. Крім того, вони здатні створювати яскраві та насичені кольори при використанні в екранах. За словами вченого, це наступне покоління світлодіодних технологій.

На відміну від традиційних світлодіодів, які покладаються на дорогі та енергоємні матеріали, такі як нітрид галію, перовскітні світлодіоди можна виготовляти за допомогою простіших та менш витратних процесів. Це робить їх привабливою альтернативою для масового виробництва.

Однак для того, щоб перовскітні світлодіоди змогли замінити своїх попередників, вони повинні подолати значні перешкоди. Щоб оцінити їхню життєздатність, дослідники протестували екологічні та економічні показники 18 різних перовскітних світлодіодів. Ці пристрої охоплюють широкий спектр кольорів, включаючи червоний, зелений, синій, білий та ближнє інфрачервоне випромінювання.

Результати дослідження показали, що перовскітні світлодіоди демонструють відмінні екологічні показники, порівнянні з показниками зрілих органічних світлодіодів. Проте дослідники також виявили ключові сфери, де необхідні поліпшення для забезпечення справжньої сталості перовскітних світлодіодів.

Для розуміння повного впливу перовскітних світлодіодів науковці провели комплексну оцінку життєвого циклу. Цей підхід враховує кожен етап життя продукту, від видобутку сировини до його остаточної утилізації. Дослідження показало, що екологічний вплив перовскітних світлодіодів переважно походить від використання речовин та електроенергії під час виробництва. Особливо впливовими є сировинні матеріали, зокрема органічні очищувальні розчинники, такі як ацетон та ізопропанол.

Одним з найважливіших викликів для перовскітних світлодіодів є подовження їхнього терміну служби. Дослідники підрахували, що перовскітні світлодіоди повинні працювати щонайменше 10 тисяч годин, щоб компенсувати свій екологічний вплив. Наразі найкращі перовскітні світлодіоди працюють лише кілька сотень годин. Досягнення 10 тисяч годин роботи є викликом на сьогоднішній день, але цілком досяжним завдяки подальшим технологічним удосконаленням.

Муї Чжан, аспірант Лінчепінгського університету, зазначає, що розвиток перовскітних світлодіодів прискорюється, а їхня очікувана тривалість життя збільшується. Це дає підстави для оптимізму щодо майбутнього цієї технології.

Крім освітлення, перовскітні світлодіоди можуть знайти застосування в дисплеях, комунікаціях та навіть медичних пристроях. Минулого року інша група дослідників створила перовскітні світлодіоди, які в тисячу разів яскравіші за органічні світлодіоди. Це відкриває нові можливості для використання цієї технології в різних галузях.

Вартість майбутніх перовскітних світлодіодів може становити близько 100 доларів за квадратний метр, що робить їх конкурентоспроможними з поточними панелями органічних світлодіодів. Така цінова привабливість може стати ключовим фактором для широкого впровадження цієї технології.

Дослідження також розглянуло потенційні сфери застосування перовскітних світлодіодів. Завдяки своїй здатності виробляти яскраві та насичені кольори, вони можуть стати ідеальним рішенням для виробників дисплеїв та екранів. Крім того, їхня енергоефективність робить їх привабливими для застосування в портативних пристроях та системах освітлення.

Екологічні переваги перовскітних світлодіодів також заслуговують на увагу. У порівнянні з традиційними світлодіодами, виробництво яких потребує значних енергетичних витрат та використання рідкісних матеріалів, перовскітні світлодіоди можуть значно зменшити екологічний слід світлодіодної індустрії.

Дослідження завершується висновком, що перовскітні світлодіоди мають великий потенціал для комерціалізації в довгостроковій перспективі. Якщо їхній термін служби можна буде подовжити, вони зможуть не лише зрівнятися з традиційними світлодіодами, але й перевершити їх за показниками вартості та екологічного впливу.

Результати дослідження були опубліковані в журналі Nature Sustainability, що підкреслює важливість та актуальність цієї роботи для наукової спільноти. Стаття спочатку з'явилася в березні 2025 року та була оновлена новою інформацією перед повторною публікацією.