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PeLED全钙钛矿光伏组件兼指纹读取器、健康传感器和测光表于一体
2024年4月22日    

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【产通社,4月22日讯】现代智能手机触摸屏使用先进的粘合技术使屏幕与手机表面齐平,但下面仍有一层又一层的玻璃、偏光镜、彩色滤光片、电容式触摸传感器等。对于寻求集成传感器或创造柔性显示屏的智能手机制造商来说,这是一个障碍。
最近的新研究实现了更多选择:光敏像素。它们能做的远不止检测触摸,可以对放置在显示器上的物体进行成像,检测指纹,甚至为设备充电。


兼指纹读取器、健康传感器和测光表于一体


“我们知道LG Display和其他显示器公司对如何集成触摸屏或成像功能感兴趣,”这项新研究的合著者、南京大学物理学院教授鲍春雄说。“他们已经尝试了像有机发光二极管和QD LED这样的材料,但是光响应性不是很好。对于我们的钙钛矿LED来说,这很好。”
钙钛矿是一类形成晶体结构的材料,在光伏领域很受欢迎,因为研究人员发现它可以用于高效太阳能电池和更亮更好的量子点。
在这种情况下,鲍和他的合作者希望他们的钙钛矿器件既能产生光又能对光做出反应。他们开发的Pervoskite-LED (PeLED)材料可以显示高亮度的图像。该团队展示了红色、绿色和蓝色的PeLED,亮度高达每平方米4700坎德拉(大多数智能手机显示屏的峰值亮度为数百)。但是PeLEDs也能有效地探测光线,这是研究人员用来制造触摸屏的一个特性。
“如果你想让一种材料具有良好的光响应,你需要在这些材料中产生电子载流子,”鲍说在钙钛矿中,这很容易。“正是载流子传输层允许电子移动,从而使检测触摸输入成为可能。由于像素发光二极管是光敏的,它们可以检测和成像触摸显示器的物体。
其结果是一款集多种传感器功能于一身的显示器,可以对显示器前的小物体进行成像,这反过来变成了一种可行的指纹读取器(然而,原型显示器太小,无法读取真正的指纹,因此研究人员用指纹的小图像对其进行了测试)。显示器的光敏性还可用作光传感器来传输数据,或者用作PPG传感器来提供用户健康数据。
这些功能可以帮助智能手机将目前需要单独传感器的功能集成到显示屏中。这种器件级的集成会降低器件的复杂性和厚度,虽然该团队开发的原型显示器并不灵活,但这项技术可能适用于柔性显示器,例如折叠或可卷曲手机中的显示器。


这也是一个太阳能充电器


PeLED的光敏性具有取代许多智能手机传感器的惊人潜力,而且它还有一个独到之处——可兼作太阳能充电器。
从某种意义上说,这并不奇怪,钙钛矿有望提高未来太阳能电池的效率,但PeLED是第一次展示可以产生电荷的功能性钙钛矿显示器。
“好的太阳能电池应该是好的发光二极管,这是一个基本概念,人们很清楚这一点,”伦敦帝国理工学院物理化学的读者Artem Bakulin说,他与当前的研究无关。“但是,由于一些工程上的挑战,要勇敢地将太阳能电池和LED真正配对,这困难很大。”在这篇论文中,他们试图解决问题,将这两个领域结合在一起。
研究人员通过使用原型显示器给超级电容器充电来证明这种能力,然后可以用来为显示器供电。有趣的是,当暴露在室内白色LED照明时,显示器的功率转换效率是暴露在模拟阳光下时的两倍多,这对于大部分时间都在室内的消费设备来说是有益的。
研究人员指出,他们的显示技术是一种概念验证,需要更多的工作才能扩大到对消费电子产品有用的大小。寿命也是一个问题,因为目前的钙钛矿材料降解很快:该论文报道的“工作寿命”仅为18.5小时。
这种材料很容易制造,但也很容易降解。许多研究人员正试图延长器件寿命。普林斯顿大学的一组研究人员已经生产出寿命为30年的钙钛矿半导体,为解决寿命问题提供了一条途径。
PeLED的研究人员在上周发表于《自然电子学》的一篇论文中描述了他们的器件。查询进一步信息,请访问官方网站http://spectrum.ieee.org/led-display-perovskite-charger。(编译,产通数造)    
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