Kohti ympäristöllisesti kestäviä perovskiittiledejä

"Perovskiittiledit ovat halvempia ja helpompia valmistaa kuin perinteiset ledit, ja ne voivat myös tuottaa eloisia ja voimakkaita värejä, jos niitä käytetään näytöissä. Sanoisin, että tämä on led-teknologian seuraava sukupolvi”, sanoo Linköpingin yliopiston optoelektroniikan professori Feng Gao.

Teknologinen muutos, jossa nykyiset ledit korvataan perovskiittimateriaaliin perustuvilla, edellyttää kuitenkin muutakin kuin teknistä suorituskykyä. Tästä syystä Feng Gaon tutkimusryhmä on tehnyt yhteistyötä professori Olof Hjelmin ja LiU:n apulaisprofessori John Laurence Esguerran kanssa. He ovat erikoistuneet siihen, miten ympäristön kestävyyttä edistäviä innovaatioita voidaan tuoda markkinoille.

Yhdessä he ovat tutkineet 18 erilaisen perovskiittiledin ympäristövaikutuksia ja kustannuksia, mikä on tällä hetkellä puutteellista. Tutkimus tehtiin ns. elinkaariarvioinnilla ja teknis-taloudellisella arvioinnilla.

Tässä yhteydessä tutkittiin, mitä tapahtuu tuotteen luomisesta siihen asti, kun sitä ei voi enää käyttää. Tuotteen elinkaari kehdosta hautaan voidaan jakaa viiteen eri vaiheeseen: raaka-aineen tuotanto, valmistus, jakelu, käyttö ja käytöstä poistaminen.

"Haluaisimme välttää hautaa. Ja asiat muuttuvat monimutkaisemmiksi, kun ottaa huomioon kierrätyksen. Mutta tässä osoitamme, että tärkeintä on ajatella orgaanisten liuottimien uudelleenkäyttöä ja raaka-aineiden tuotantoa, varsinkin jos ne ovat harvinaisia materiaaleja”, Olof Hjelm sanoo.

Eräs esimerkki, jossa elinkaarianalyysi antaa ohjeita, koskee perovskiittiledissä havaittua pientä määrää myrkyllistä lyijyä. Tämä on tällä hetkellä välttämätöntä, jotta perovskiitit olisivat tehokkaita. Mutta Olof Hjelmin mukaan keskittyminen vain lyijyyn on virhe. Ledissä on myös monia muita materiaaleja, kuten kultaa.

”Kullan tuotanto on erittäin myrkyllistä. Siellä on sivutuotteita, kuten elohopea ja syanidi. Se kuluttaa myös paljon energiaa”, hän sanoo. Suurin ympäristöhyöty saavutettaisiin sen sijaan korvaamalla kulta kuparilla, alumiinilla tai nikkelillä, samalla kun ledin optimaaliseen toimintaan tarvittava pieni määrä lyijyä säilyisi.

Tutkijat ovat tulleet siihen johtopäätökseen, että perovskiittiledillä on suuri potentiaali kaupallistamiseen pitkällä aikavälillä. Ehkä ne voivat jopa korvata nykypäivän ledit alhaisempien kustannusten ja vähäisempien ympäristövaikutusten ansiosta.

Suurin ongelma on pitkäikäisyys. Perovskiitti-LED-valojen kehitys kuitenkin kiihtyy ja niiden eliniän odote pitenee. Tutkijat uskovat, että sen on saavutettava noin 10 000 tuntia positiivisen ympäristövaikutuksen saavuttamiseksi, mikä heidän mielestään on saavutettavissa. Nykyään parhaat perovskiteledit kestävät satoja tunteja.

Muyi Zhang, tohtoriopiskelija LiU:n fysiikan, sanoo, että suuri osa tutkimuksesta on tähän mennessä keskittynyt ledin teknisen suorituskyvyn parantamiseen, minkä hän uskoo muuttuvan.

”Haluamme, että sitä, mitä kehitämme, käytetään todellisessa maailmassa. Mutta sitten meidän tutkijoiden on laajennettava näkökulmaamme. Jos tuotteella on korkea tekninen suorituskyky, mutta se on kallis eikä ympäristön kannalta kestävä, se ei välttämättä ole markkinoilla kovin kilpailukykyinen. Tämä ajattelutapa tulee yhä useammin ohjaamaan tutkimustamme."

Aiheesta aiemmin:

Sinistä valoa perovskiittiledeistä

Perovskiiteistä löytyy yllätyksiä

Tehokkaampia ledejä ja aurinkokennoja