Znanstvenici s Instituta Ruđer Bošković (Jasminka Popović, Juraj Ovčar, Ivor Lončarić i Luca Grisanti), Fizičkog odsjeka Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu (Željko Skoko) i Hong Kong University (grupa Prof. Aleksandre Djurišić) koji surađuju na projektu PZS-2019-02-2068 „2D i kvazi-2D perovskiti: od ciljanog strukturnog dizajna do poboljšane učinkovitosti i stabilnosti” objavili su rezultate o utjecaju organskog kationa na performanse svejetlosnih dioda u časopisu Advanced Optical Materials (IF=9.93).

Svjetlosne diode nude performanse koje su bile nedohvatne tehnologiji koja je počivala na žarnim nitima ali budućnost svjetlosnih dioda, popularnih LED-ica, nije samo u efikasnijem osvjetljavanju gradova, infrastrukture i naših domova. Posljednjih godina interes znanstvenika usmjeren je k razvoju Li-Fi (engl. Light Fidelity and Visible Light Communications) sustava. To su sustavi bežične komunikacije gdje se informacije ne prenose radio valovima već se prenose pomoću LED-ica i fotodetektora. Modeliranje takvih materijala iz prvih principa je postala neizostavna tehnika za razumijevanje svojstava materijala na atomskoj razini. Iako modeliranje doseže i razinu prediktivnosti za neka svojstva, pa posjeduje potencijal da postane jeftiniji laboratorij za dizajn novih materijala, često zbog računalne kompleksnosti izračune nije moguće provesti.  U ovom timu stoga razvijaju i metode kojima se postiže jednaka točnost predikcije uz značajno manje računalno vrijeme, koristeći među ostalim i metode strojnog učenja bazirane na umjetnim neuronskim mrežama. U radu je demonstrirano da performanse LED dioda ovise o vrsti ali i omjeru malih organskih kationa unutar perovskitnog sloja. Najbolje LED diode dobivene su kada su za male organske katione korišteni cezijev (Cs) i formamidinijev kation (FA) u omjeru 1: 1. Takve svjetlosne diode pokazuju maksimalnu efikasnost (EQE) od 12,1% te maksimalnu svjetlosnu jakost od 15070 cd /m² što je 3 puta više u odnosu na uređaje koji sadrže isključivo FA kation (EQE 4,1%, maksimalna svjetlosna jakost od 4521 cd/m²)  ili samo Cs kation (EQE 4,0%, maksimalna svjetlosna jakost od 4886 cd/m²). Kvantni prinos fotoluminiscencije za uzorke sa Cs i FA također je značajno poboljšan te iznosi 21,3% (u usporedbi sa svega 5,4% i 6% za uzorke samo s FA i Cs). Pomoću rendgenske difrakcijske analize i DFT izračuna pokazano je da perovskit sa Cs i FA kationima kristalizira u tetragonskom sustavu Cs_0.5FA_0.5PbBr₃ za razliku od kubne FAPbBr₃ i ortorompske CsPbBr₃ faze. Takva tetragonska struktura, s izraženom preferencijalnom orijentacijom i značajnom kristalnošću, dovodi do smanjenje broja centara za neradijativne rekombinacije što dovodi do značajnog poboljšanja performansi.

Više o perovskitnim svjetlosnim diodama pročitajte ovdje.