Perovskita: Nueva tecnología LED supera el hito de la vida útil

Rubén Castro, 12 agosto 2022

Los LED de perovskita son una tecnología emergente que puede utilizarse para la visualización, la iluminación y, tal vez, las comunicaciones. La producción de los LED de perovskita es sencilla y de bajo coste, y ofrecen importantes ventajas en términos de tecnología.

Son ligeros y flexibles como los OLED, pero tienen pureza de color y capacidad de ajuste como los LED III-V. Esto los convierte en una excelente alternativa a los OLED. Tras unos pocos años de investigación, los LED de perovskita están ahora en condiciones de competir con tecnologías más maduras.


La escasa estabilidad de los dispositivos es un reto tanto para las células solares de perovskita como para los diodos emisores de luz (LED) de perovskita. Los LED de perovskita tienen una vida útil de entre 10 y 100 horas. Las pantallas OLED tienen una vida útil garantizada de al menos 10.000 horas. Los investigadores tienen dificultades para alcanzar este umbral debido a la posibilidad de que los semiconductores de haluro de perovskita sean intrínsecamente inestables como resultado de sus estructuras cristalinas iónicas. Cuando se aplican voltajes a los LED, los iones tienen el potencial de desplazarse, lo que podría provocar la degradación del material.

Los profesores Di Dawei y Zhao Baodan, de la Facultad de Ciencias Ópticas e Ingeniería de la Universidad de Zhejiang, han logrado avances recientes en el campo de la ciencia e ingeniería ópticas. Consiguieron fabricar LED de perovskita eficientes y estables utilizando un estabilizador químico dipolar. Estos LED tenían una vida útil extremadamente larga. Investigadores de la Universidad de Xiamen, Li Cheng, de la Universidad de Zhejiang, Hong Zijian, y de la Universidad Nacional de Alaska Anchorage (NUAA) y el profesor emérito de la Universidad de Cambridge, Li Weiwei, trabajaron juntos en el proyecto. El 8 de agosto de 2022, los investigadores publicaron sus hallazgos en Nature Photonics con el título “Ultrastable near-infrared perovskite LEDs”.

“Nuestros LEDs de perovskita estabilizados no demostraron ninguna pérdida de rendimiento después de funcionar continuamente durante cinco meses (3.600 horas) a una densidad de corriente de cinco miliamperios por centímetro cuadrado”. Algunas medidas continúan, “Di, uno de los autores del trabajo. “Esto es increíble a muchos niveles. Es posible que ciertas mediciones continuas duren un año o incluso más. Sometimos a los LED a pruebas de envejecimiento acelerado para poder reunir datos sobre su vida útil más rápidamente”.

Los LED de perovskita tienen una vida útil muy larga. La vida útil del T50 se estima en 32.675 horas mientras funciona a 2,1 W sr-1 m-2 (3,2 mA/cm2) (3,7 años). Este brillo es comparable a la potencia óptica de un OLED verde con un brillo de 1.000 cd/m2. El T50 tiene una vida útil de 2,4 millones de horas cuando se ilumina a 0,21 W sr-1 m-2 (una décima parte de la luminosidad del ejemplo anterior) o 0,7 mA/cm2 (2,7 siglos).

Guo Bingbing, estudiante de posgrado y autor del estudio, señaló que “Creemos que es muy importante investigar la categoría de LED recién descubierta utilizando tantos puntos de datos como sea prácticamente posible. Durante nuestras pruebas de envejecimiento acelerado, obtuvimos 62 puntos de datos que iban de 10 a 200 mA/cm2 de densidad de corriente”. Tanto la eficiencia cuántica interna como la externa de los dispositivos se situaron en el 22,8% y el 20,7% respectivamente. La eficiencia de estos LEDs de perovskita NIR es la mayor posible.

Los investigadores descubrieron que los materiales con estructuras cristalinas de perovskita estabilizadas mantenían sus estructuras cristalinas de forma eficaz. Zhao afirmó que no hubo ningún cambio en las formaciones cristalinas durante el transcurso de 322 días. “La perovskita es capaz de mantener su fase cristalina optoelectrónicamente activa con la ayuda de una molécula dipolar estabilizadora. Las muestras de perovskita que no recibieron ningún tipo de tratamiento se disolvieron en un lapso de dos semanas (Zhao,”

La movilidad de los iones es la causa principal de la inestabilidad inherente de la perovskita. Este problema se agrava con la presencia de tensiones externas cuando un LED está en funcionamiento. Según Guo, “Nuestros estudios y simulaciones demostraron que las moléculas dipolares se enlazan o interactúan químicamente con todos los iones positivos y negativos en los límites de los granos del cristal de perovskita”. (Nuestros estudios y simulaciones demostraron que las moléculas dipolares se vinculan o interactúan químicamente con todos los iones positivos y negativos). Es posible que esta sea la razón por la que la migración de iones se hace más difícil en la perovskita estabilizada.

Según Zhao:

Tanto los experimentos eléctricos como los visuales revelan que se ha inhibido la movilidad iónica

Según los resultados de la prueba de vida útil, los dispositivos de perovskita no son “genéticamente defectuosos”. Según Di, “se pensaba que las perovskitas de haluro metálico, que forman parte de una clase de semiconductores recién descubierta, eran inherentemente inestables”. “Misión imposible” no se aplica a la construcción de dispositivos de perovskita estables, como demuestran nuestros hallazgos.

Los diodos emisores de luz de perovskita cumplen actualmente las normas de estabilidad de los OLED comerciales, por lo que una vida útil ultralarga podría aumentar la confianza de los consumidores en estos dispositivos. Las pantallas infrarrojas, las telecomunicaciones y la investigación biológica son algunos de los campos que utilizan los LED NIR. El desarrollo de los LED de perovskita ultraestable ha hecho posible su uso en aplicaciones industriales; sin embargo, todavía se necesitan dispositivos visibles de mayor duración para las pantallas a todo color.