Светодиоды давно заняли лидирующие позиции в области энергосберегающего освещения. Особенно важную роль в создании качественного белого света играют синие светодиоды, так как они служат основой для комбинирования цветов и обеспечения максимальной цветовой насыщенности. Несмотря на значительные успехи в разработке синих светодиодов, перед учеными по-прежнему стоят задачки, связанные с устойчивостью, экологичностью и эффективностью материалов, используемых в производстве. Традиционные синие светодиоды часто основаны на материалах, содержащих токсичные элементы, либо имеют проблемы с эксплуатационной стабильностью и высокой стоимостью. Недавние разработки ученых из Rutgers University демонстрируют прорыв в этой сфере: разработана новая технология изготовления ультраярких глубокосиних светодиодов с использованием гибридного меди-йодного материала, который отличается высокой экологичностью и устойчивостью.
Основой инновации является меди-йодный гибрид — материал, полученный в результате совместного использования кристаллов меди iodide и органических молекул. Такое сочетание позволяет добиться высокой яркости излучения на длине волны около 450 нм, что соответствует глубокому синему цвету. Новый гибридный материал отличается чрезвычайно высоким фотолюминесцентным квантовым выходом порядка 99,6%, что означает практически полное преобразование получаемой энергии в видимый свет, противостоя значительным потерям, присущим ряду традиционных материалов. Ключевой особенностью меди-йодного гибрида является его экологическая безопасность. В отличие от свинцовых перовскитов или кадмиевых квантовых точек, здесь отсутствуют токсичные тяжелые металлы, обладающие вредным воздействием на человека и окружающую среду.
Это важное преимущество в эпоху, когда вопросы устойчивого развития и охраны природы приобретают первостепенное значение. Помимо экологичности, новинка выделяется отличной стабильностью и долговечностью. Светодиоды на основе меди-йодного материала демонстрируют время эксплуатации с половинным сроком работы порядка 204 часов под нормальными рабочими условиями, что значительно превосходит многие аналоги. Кроме того, материал позволяет создавать устройства на больших масштабах применения, сохраняя при этом высокую эффективность и надежность. Это открывает перспективы для промышленного внедрения и использования в широком спектре стандартных осветительных систем.
Успехам в создании качественных синих светодиодов способствовала разработка уникальной производственной методики — двойной интерфейсной гидроген-бондной пассивации. Эта инновационная технология минимизирует дефекты на интерфейсах между слоями структур светодиода, которые часто ухудшают передачу электрического заряда и, как следствие, снижают эффективность и устойчивость устройства. Гидроген-бондная пассивация укрепляет взаимодействия между слоями, создавая прочные связи, которые повышают производительность в четыре раза по сравнению с предыдущими подходами. Такой прорыв не только улучшает качество светодиодов, но и делает процесс их изготовления более конкурентоспособным за счет уменьшения брака и повышения стабильности характеристик. Глубокий синий цвет светодиодного излучения — чрезвычайно востребован для создания белого света посредством комбинации с красными и зелеными эмиттерами.
Именно синие светодиоды лежат в основе современной светотехники, от телевизоров и смартфонов до офисного и уличного освещения. Улучшение их характеристик напрямую влияет на общую энергоэффективность, качество цветопередачи и долговечность осветительных приборов. Благодаря применению меди-йодного гибрида производители смогут сократить зависимость от токсичных и дорогих материалов, а пользователи — пользоваться более надежными, экономичными и экологичными устройствами. Кроме того, новый материал выгодно отличается от органических светодиодов (OLED), которые хоть и обладают гибкостью и высоким потенциалом по эффективности, однако часто теряют цветовую стабильность и быстро деградируют при эксплуатации. Меди-йодный гибрид обеспечивает стабильное излучение и сохраняет параметры цвета максимально долго, что существенно важнее для многих технических решений, требующих долговременной надежности.
Не менее важное отличие от перовскитов — высокой влагостойкостью и устойчивостью к окислению. Эти свойства значительно упрощают условия хранения и эксплуатации готовых изделий. Прорыв в области гибридных меди-йодных светодиодов неразрывно связан с международным сотрудничеством. Исследование было реализовано при участии учёных из Rutgers University, Brookhaven National Laboratory и нескольких ведущих научных учреждений мира. Такой мультидисциплинарный подход позволил объединить химическое синтезирование новых материалов, оптический анализ и инженерные технологии формирования слоёв в единую эффективную систему.
Это стимулирует дальнейшие исследования и разработку новых поколений светодиодов не только глубоко-синих, но и других цветов спектра. Значимость этих достижений трудно переоценить в свете общемировых трендов по переходу на уровень низкого энергопотребления и экологической безопасности. Освещение занимает существенную долю в энергетическом балансе многих стран, и улучшение эффективности синих светодиодов напрямую способствует снижению выбросов углекислого газа и расходов на электроэнергию. Экологичная альтернатива на базе меди-йодного гибрида способствует реализации целей устойчивого развития, интегрируясь в новейшие системы «умного» освещения и Интернета вещей. Будущие направления исследований будут направлены на повышение эффективности и срока службы устройства, расширение возможностей по масштабированию производства и комбинированию меди-йодного материала с другими функциональными компонентами для создания светодиодов с улучшенными параметрами.
