Специалисты Санкт-Петербургского политехнического университета (СПбПУ) вместе с коллегами из университета ИТМО и Алферовского университета разработали технологию производства экранов с использованием перовскита (недорогой и простой в производстве кристаллический материал), яркость которых более чем в три раза превышает этот показатель для востребованных сейчас дисплеев из органических материалов (OLED). Это значит, что новой разработке требуется в три раза меньше энергии, чем экранам большинства современных смартфонов. На поддержание работы дисплея уходит значительная часть запаса питания любой портативной электроники, поэтому использование подхода, предложенного учеными из Петербурга, позволит заметно продлить срок их работы на одной зарядке. Специалисты уже собрали первый экспериментальный прототип устройства.

В качестве основы, на которую наносится перовскит, разработчики предлагают использовать обычный кремний, он уже долгое время массово применяется в микроэлектронике. Благодаря этому начать промышленное производство экранов из нового материала можно будет быстрее и без особых затрат.

— Эффективность работы дисплеев из органических материалов, которые в основном продаются сейчас в магазинах, не превышает 25%, а у сопоставимых по стоимости и простоте производства перовскитов она может превышать 90%, — отметил директор Высшей инженерно-физической школы СПбПУ Иван Мухин.

Эффективность экрана зависит от его квантового выхода используемого материала. Фактически он отражает, сколько электрической энергии, поданной на светодиод, преобразуется в световой сигнал. Так, квантовый выход органических материалов в 25% означает, что в фотоны света превращается только четверть затраченных на их создание электронов. А при использовании перовскитов с выходом 90% потеря энергии снижается всего лишь до одной десятой доли.

По задумке ученых, кремниевая подложка для перовскита в конструкции будущего экрана нужна не только для того, чтобы придать светодиоду механическую прочность, но и как управляющий электрод, через который электричество подается в светящийся слой. За счет объединения возможностей электроники из кремния и светоизлучающих перовскитных материалов им удалось улучшить характеристики дисплея.

— Мы впервые использовали такую архитектуру на кремниевой подложке. Она служит очень хорошим теплоотводчиком, поэтому наше устройство не перегревается, что увеличивает его срок службы по сравнению с аналогами, — сказал профессор ИТМО Сергей Макаров.

По его словам, перовскитные светодиоды обладают высокой светопередачей, то есть излучаемый ими свет имеет узкие спектральные характеристики. Поэтому зеленый кажется человеческому глазу более зеленым, без примеси других близких цветов. Также в конструкции экранов ученым удалось отказаться от использования оксида индия олова. Этот материал сейчас очень востребован в электронике, однако запасы его компонентов на Земле ограничены, и в будущем ожидается их резкое удорожание. Поэтому важно находить им альтернативу.

Интересно, что перовскиты могут как превращать электрическую энергию в световую, то есть выступать в роли светодиодов, так и, наоборот, преобразовывать свет в электричество в качестве фотоэлементов, поэтому их можно применять и как солнечные батареи.

Последние годы технологии с использованием перовскита привлекли много внимания и инвестиций, поэтому очень скоро начнется их промышленное применение. Вопрос только в том, кто сделает это раньше других, уверен инженер лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС Павел Гостищев. После первых же успехов на рынке другие компании начнут работать в этом направлении. Органические светодиоды изучают уже 20-30 лет. В начале применения этой технологии они могли светить всего несколько секунд. Однако за многие годы удалось довести их срок службы до нескольких лет. У перовскитов сейчас похожая ситуация, время их работы пока ограниченно, но по аналогии с органикой их стабильность всё время растет. Еще в 2009 году она измерялась часами, а сейчас это уже больше года. Скоро время работы перовскита превысит срок службы OLED-дисплеев.

Всё это делает перовскиты привлекательными и по цене, и по качеству. А применение как подложки кремния может облегчить интеграцию в производство на уже налаженных производственных линиях, — сказал Павел Гостищев.

Кроме того, состав перовскитов может очень сильно варьироваться, благодаря этому удобно менять свойства материала и получать светодиоды любого цвета, что очень важно для их практического применения, резюмировал специалист.