前回に引き続き、2018年度の42号目のネイチャーのハイライトより。
オプトエレクトロニクス： ペロブスカイトLEDをディスプレイや照明に
Nature 562, 7726
2018年10月11日
金属ハロゲン化物ペロブスカイトは、オプトエレクトロニクス特性が優れているため、安価な太陽電池技術向けの有望な候補材料になっている。こうした特性によって、金属ハロゲン化物ペロブスカイトは、フラットパネルディスプレイなどの発光デバイス材料としても興味深いものとなっているが、そうしたデバイスの量子効率は今のところ低過ぎるため競争力がない。今週号では2報の論文によって、照明やディスプレイにおけるペロブスカイト系デバイスの実用化に向けて、重要な進展がもたらされている。Z Weiたちは、外部量子効率が20％の大台を超える可視発光ペロブスカイトLEDの作製を可能にする組成分布操作方法を報告している。J Wangたちは、ペロブスカイトLEDにサブマイクロメートルスケールの構造を形成することによっても、20％を超える外部量子効率が得られることを示している。
Letter p.245
Letter p.249
News & Views p.197
この2つの論文はネイチャーのニュースにも取り上げられました。
日本語版の本誌では「オプトエレクトロニクス：性能の壁を破るLED技術」と題され、見出しにおいては「今回、ペロブスカイト半導体でできた発光ダイオードの発光効率が大台に達した。これは、照明技術やディスプレイ技術の新たなプラットフォームの先駆けとなる可能性がある。」と取り上げられています。
フルテキストを直訳しますと・・・
LED技術が性能の壁を打ち破る
となり、見出しを直訳しますと・・・
ペロブスカイト半導体から作られた発光ダイオードは、それらが光を発する効率において画期的な出来事を達成しました - 潜在的に照明とディスプレイ技術のための新しいプラットホームを先導します。
少し本文を直訳しますと・・・
発光ダイオード（LED）は、特に以前のどの発光技術よりも効率的にエネルギーを使用するという理由で、照明とディスプレイに革命をもたらしました。これまでにない解像度をディスプレイに提供する無機の「化合物」半導体から作られたマイクロLEDが出現しているのに対し、有機半導体LED（OLED）は比類のない色品質と180°に近い視野角を提供し。今号のNatureでは、2つの論文[1,2]が、ペロブスカイトと呼ばれる半導体をベースにした新しいLEDファミリーの誕生になる可能性があることを報告しています。注目すべきことに、ペロブスカイト型LED（PLED）が電子から光を生成する効率はすでに最高性能のOLEDのものに匹敵し[3]、最初のPLEDの報告[4]から4年以内に達成されています。パフォーマンスがさらに向上しました。
ペロブスカイトは、ここ数年で科学的な見通しを打ってきました。太陽電池に大きな期待が寄せられているからです[5]。重要なことに、ペロブスカイトは溶液から（例えば、低コスト、ローテク印刷法を用いて）加工することができ、そして製造が最も容易な光電子デバイス用の設計においてうまく機能することができる。これにより、広い面積（数平方センチメートル）のペロブスカイトベースのデバイスを、非常に安価に、低エネルギーで実現することができます（デバイスのライフサイクル全体に関わる総エネルギー）。
Caoら[1]とLinら[2]は、重要な技術的障壁を打ち破るPLEDを独自に開発しました。消費される電子1個あたりに生成される光子数を定量化するデバイスの外部量子効率（EQE）は20％を超えます。 2つのグループによって報告されたデバイス間にはいくつかの類似点があります。おそらく最も注目すべきことに、活性（放射）ペロブスカイト層は両方の場合において約２００ナノメートルの厚さであり、そして２つの比較的単純な電極の間に挟まれている。この設計は平面構造と呼ばれ、材料の薄膜から作られたダイオードの最も基本的な表現です（図1）。電極は、電子および正孔（原子格子内に電子が存在しないことによって形成される準粒子）がペロブスカイトに効率的にポンピングされることを確実にするように適切に修正される。すべてのLEDと同様に、電子が正孔と出会うと、放射再結合として知られるプロセスを介して光子の形でエネルギーを放出することができます。
・・・と図が出てきて訳すのが厄介なので、ここまでとします。
フルテキストは下記です。
Full Text：News & Views p.197
LED technology breaks performance barrier
1つ目の論文は、日本語版の本誌では「オプトエレクトロニクス：外部量子効率が20％を超えるペロブスカイト発光ダイオード」と取り上げられています。
フルテキストを直訳しますと・・・
外部量子効率が20％を超えるペロブスカイト型発光ダイオード
となり、Abstractを直訳しますと・・・
メタルハライドペロブスカイト材料は、オプトエレクトロニクスデバイスに使用するためのかなりの可能性を持つ新しいクラスの溶液処理可能な半導体です[1,2,3]。例えば、これらの材料に基づく発光ダイオード（ＬＥＤ）は、容易な溶液処理によって低コストで製造される可能性があるために、フラットパネルディスプレイおよび固体照明において用途を見出すことができ、調整可能な色および狭い色を提供することができる。高いフォトルミネセンス量子における発光線幅[4,5,6,7,8]。しかし、緑色および赤色発光ペロブスカイトLEDの報告されている最高の外部量子効率は、それぞれ約14％7,9および12％[8]であり、有機LED [10、11、12]および無機量子ドットLEDの性能をはるかに下回っています[13]。 。ここでは、20パーセントという量子効率のマイルストーンを凌駕する可視発光ペロブスカイトLEDについて説明します。この成果は、デバイス内の組成分布を管理するための新しい戦略、つまり高いルミネセンスとバランスのとれた電荷注入を同時に提供するアプローチから生じています。具体的には、本発明者らは、予め合成されたＣｓＰｂＢｒ _３ペロブスカイトとＭＡＢｒ添加剤（ここで、ＭＡはＣＨ_ ３ ＮＨ_ ３）とを混合した。 ＭＡＢｒシェルは、そうでなければＣｓＰｂＢｒ_ ３結晶中に存在するであろう無放射欠陥を不動態化し、フォトルミネセンス量子効率を高め、一方ＭＡＢｒキャッピング層はバランスのとれた電荷注入を可能にする。結果として得られる20.3パーセントの外部量子効率は、照明およびディスプレイにおけるペロブスカイトLEDの実用化に向けた大きな一歩を表しています。
となります。
フルテキストは下記です。詳細が必要な方はご購入をお願いいたします。
Full Text：Letter p.245
Perovskite light-emitting diodes with external quantum efficiency exceeding 20 per cent
2つ目の論文は、日本語版の本誌では「オプトエレクトロニクス：自発的に形成されるサブマイクロメートルスケールの構造に基づくペロブスカイト発光ダイオード」と取り上げられています。
フルテキストを直訳しますと・・・
自発的に形成されたサブミクロンスケール構造に基づくペロブスカイト発光ダイオード
となり、Abstractを直訳しますと・・・
電気を光に変換する発光ダイオード（ＬＥＤ）は、現代社会において、例えば照明、フラットパネルディスプレイ、医療機器および他の多くの状況において広く使用されている。一般に、LEDの効率は、非放射再結合（光子を放出せずに電荷キャリアが再結合する）と光トラッピングによって制限されます[1,2,3]。有機LEDなどの平面型LEDでは、エミッタから発生した光の約70〜80パーセントがデバイスに閉じ込められ[4、5]、効率が大幅に向上します。回折格子、低屈折率グリッド、および座屈パターンの使用を含む多くの方法が、ＬＥD[6、7、8、9]に閉じ込められた光を抽出するために使用されてきた。しかし、これらの方法は通常複雑な製造工程を含み、光出力スペクトルと方向性を歪めます[6,7]。ここで我々は、サブミクロンスケールの構造を自発的に形成する溶液処理ペロブスカイトからの効率的で高輝度のエレクトロルミネセンスを実証します。これらのペロブスカイトは、ペロブスカイト前駆体溶液にアミノ酸添加剤を導入することによって簡単に形成される。さらに、添加剤はペロブスカイト表面欠陥を効果的に不動態化し、無放射再結合を減らすことができる。 ２０．７パーセントのピーク外部量子効率（１平方センチメートル当たり１８ミリアンペアの電流密度において）および１２パーセントのエネルギー変換効率（１平方センチメートル当たり１００ミリアンペアの高い電流密度において）を有するペロブスカイトＬＥＤを達成することができる。 - 最高性能の有機LEDに近い値。
となります。
フルテキストは下記です。詳細が必要な方はご購入をお願いいたします。
Full Text：Letter p.249
Perovskite light-emitting diodes based on spontaneously formed submicrometre-scale structures
究極に溜まりに溜まったネイチャー。次回は、「遺伝学： まれな神経発達障害のリスクはありふれた遺伝的変動の影響を受ける」を取り上げます。
