Les LED, ces sources lumineuses qui illuminent nos maisons et animent les écrans de nos appareils électroniques, nécessitent un processus de fabrication laborieux et coûteux.
Cependant, cette technologie nécessite un processus de fabrication relativement laborieux et coûteux. Une équipe de chercheurs de Stanford a mis au point une méthode qui pourrait permettre de produire des LED plus économiques et plus simples à fabriquer, tout en conservant une luminosité et une efficacité énergétique optimales. Cela pourrait véritablement transformer l’industrie de l’éclairage. Laissez-nous vous expliquer pourquoi.
Les LED à base de pérovskites
Les LED transforment l’énergie électrique en lumière en faisant passer un courant électrique à travers un semi-conducteur, qui est constitué de couches de matériaux cristallins qui émettent de la lumière lorsqu’un champ électrique y est appliqué. Cependant, la fabrication de ces semi-conducteurs est complexe et coûteuse, comparativement à des lumières moins économes en énergie comme les ampoules à incandescence et les fluorescents.
Les LED à base de pérovskites, ou PeLED, utilisent un semi-conducteur appelé pérovskite à halogénure de métal, composé d’un mélange de différents éléments. Les ingénieurs peuvent faire pousser des cristaux de pérovskite sur des substrats de verre, ce qui permet d’économiser une somme significative par rapport aux LED normales. Ils peuvent également dissoudre les pérovskites dans une solution et « peindre » cette solution sur le verre pour créer une couche émissive de lumière, un processus de production plus simple que celui requis pour les LED normales.
Ces avantages pourraient rendre l’éclairage intérieur économe en énergie plus accessible, réduisant ainsi la demande en énergie. Les PeLED pourraient également améliorer la pureté des couleurs des écrans de smartphones et de télévisions. Cependant, les PeLED actuelles présentent des durées de vie limitées et ne rivalisent pas toujours avec l’efficacité énergétique des LED standard, en raison de lacunes aléatoires dans la structure atomique de la pérovskite, connues sous le nom de défauts.
Briller plus fort, s’éteindre plus vite
Une solution à ces défis pourrait résider dans l’utilisation d’additifs pour améliorer les performances des PeLED. En incorporant une substance chimique appelée oxyde de phosphine dans le matériau de pérovskite, l’équipe de recherche a pu augmenter considérablement l’efficacité énergétique des PeLED, tout en améliorant leur luminosité. Cependant, cette amélioration a également entraîné une réduction de la durée de vie des PeLED, illustrant ainsi le délicat équilibre entre l’efficacité et la durabilité de ces matériaux.
Comprendre le compromis
Les chercheurs pensent que la transformation de l’énergie électrique en lumière dans les PeLED avec l’additif d’oxyde de phosphine devient moins efficace au fil du temps, en grande partie à cause de l’augmentation des obstacles liés au transport de charge à l’intérieur de la PeLED.
L’équipe suggère également que bien que l’additif comble initialement certains des défauts dans la structure atomique de la pérovskite, ces défauts se rouvrent rapidement, entraînant une baisse de l’efficacité énergétique et de la durabilité.
Dans les recherches à venir, l’équipe espère expérimenter avec différents additifs d’oxyde de phosphine pour voir s’ils produisent des effets différents, et pour comprendre pourquoi. En fin de compte, l’objectif est de trouver un équilibre entre l’efficacité et la durabilité, afin de pouvoir commercialiser cette technologie.
En synthèse
L’innovation dans la fabrication des LED, en particulier avec l’utilisation de pérovskites, représente une avancée majeure pour l’industrie de l’éclairage. Cependant, des défis subsistent, notamment la durabilité et l’efficacité de ces nouvelles technologies. L’équipe de chercheurs de Stanford continue d’explorer des solutions pour surmonter ces défis, avec l’objectif de produire des LED plus économiques et plus économes en énergie pour une utilisation généralisée.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’une LED ?
Une diode électroluminescente, ou LED, est un dispositif semi-conducteur qui émet de la lumière lorsqu’un courant électrique y est appliqué.
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Qu’est-ce qu’une PeLED ?
Une PeLED est une LED qui utilise un semi-conducteur à base de pérovskite.
Quels sont les avantages des PeLED ?
Les PeLED sont moins coûteuses à produire que les LED traditionnelles et ont le potentiel d’être plus économes en énergie.
Quels sont les défis liés aux PeLED ?
Les défis incluent la durabilité et l’efficacité énergétique, ainsi que la toxicité potentielle de certains matériaux utilisés dans leur fabrication.
Quel est l’objectif de la recherche en cours ?
L’objectif est de trouver un équilibre entre l’efficacité et la durabilité des PeLED, afin de les rendre viables pour une utilisation commerciale.
Quels sont les prochains pas ?
Les chercheurs envisagent d’expérimenter avec différents additifs pour voir s’ils peuvent améliorer les performances des PeLED.
Qu’est-ce que cela signifie pour le consommateur moyen ?
Si les défis de durabilité et d’efficacité peuvent être résolus, cela pourrait conduire à des éclairages et des écrans plus économiques, plus économes en énergie et potentiellement de meilleure qualité en termes de reproduction des couleurs.
Qu’est-ce que cela signifie pour l’industrie de l’éclairage ?
Les PeLED représentent une technologie potentiellement révolutionnaire pour l’industrie de l’éclairage, offrant des coûts de production réduits et une efficacité énergétique améliorée. Cela pourrait avoir des implications significatives pour la façon dont les lumières et les écrans sont fabriqués à l’avenir.
Légende illustration principale : Huit substrats LED en pérovskite verte dans le laboratoire de Congreve brillent lorsque les chercheurs les éclairent aux ultraviolets. (Crédit photo : Sebastian Fernández)
Le laboratoire de M. Congreve s’efforce également de remédier à d’autres limites des PeLED, telles que leur difficulté à produire de la lumière violette et ultraviolette. Dans un autre article publié récemment dans la revue Matter et dirigé par Manchen Hu, étudiant en doctorat (qui est également coauteur de l’article sur le dispositif), l’équipe a découvert qu’en ajoutant de l’eau à la solution dans laquelle les cristaux de pérovskite se forment, elle pouvait produire des PeLEDs émettant cinq fois plus efficacement une lumière violette brillante. Grâce à de nouvelles améliorations, les PeLED ultraviolettes pourraient stériliser les équipements médicaux, purifier l’eau et contribuer à la croissance des cultures d’intérieur, le tout à un prix plus abordable que celui des LED actuelles.
