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

電気を光へ変える発光ダイオード（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、医療機器など多くの状況で幅広く使われている。LEDの効率は一般に、非発光性再結合（電荷キャリアの光子を放出しない再結合）と光捕獲によって制限される。有機LEDなどの平面LEDでは、発光体から生じる光の約70〜80％がデバイスに捕獲されるため、効率を改善する相当の余地が残されている。これまで、回折格子、低屈折率グリッド、バックリング（しわ状の凹凸）パターンの使用を含む多くの方法が、LEDに捕獲された光を抽出するのに使われてきた。しかし、こうした方法は、複雑な製造工程を含むことが多く、光出力のスペクトルと方向性をひずませる可能性がある。今回我々は、溶液処理によって作製され、サブマイクロメートルスケールの構造を自発的に形成するペロブスカイトからの、効率と輝度の高いエレクトロルミネッセンスを実証する。このサブマイクロメートルスケールの構造によって、デバイスから光を効率よく抽出でき、波長と視野角に依存しないエレクトロルミネッセンスが維持される。こ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物を加えるだけで簡単に形成される。さらに、これらの添加物は、ペロブスカイトの表面欠陥を効果的に不動態化し、非発光性再結合を減少させることができる。最大外部量子効率が20.7％（電流密度18 mA cm⁻²）で、エネルギー変換効率が12％（100 mA cm⁻²という高い電流密度）のペロブスカイトLEDを実現できた。これらの値は、最高性能の有機LEDのものに近い。

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