Next generation LEDs are cheap and sustainable
下一代LED：价格低廉且具有可持续性
正文:
2025年3月11日 Anders Törneholm
成本、技术性能和环境影响——对于一种新型LED技术来说，要在社会上产生广泛的商业影响，这三个方面是最重要的。林雪平大学的研究人员在《Nature Sustainability》杂志上发表的一项研究中证明了这一点。
“如果一个产品具有很高的技术性能，但价格昂贵且不具有环境可持续性，那么它在市场上可能不具有很强的竞争力”，IFM的博士生Muyi Zhang说。摄影师：Olov Planthaber
林雪平大学光电学教授Feng Gao说：“钙钛矿LED比传统LED更便宜、更容易制造，而且如果用于屏幕，它们还可以产生鲜艳而强烈的色彩。我想说这是下一代LED技术。”
然而，要实现技术变革，用基于钙钛矿材料的LED取代今天的LED，需要的不仅仅是技术性能。
IFM光电学教授Feng Gao。摄影师：Olov Planthaber
这就是为什么Feng Gao的研究小组与Olof Hjelm教授和LiU的助理教授John Laurence Esguerra合作的原因。他们专门研究如何将有助于环境可持续性的创新引入市场。
他们共同调查了18种不同钙钛矿LED的环境影响和成本，而目前这方面的知识尚不完整。该研究是使用所谓的生命周期评估和技术经济评估进行的。
黄金生产是有毒的
此类分析需要明确的系统定义——即在成本和环境影响方面，什么包含在内，什么不包含在内。在此框架内，将调查从产品被创造出来直到不能再使用时所发生的事情。产品从摇篮到坟墓的生命周期可以分为五个不同的阶段：原材料生产、制造、分销、使用和报废。
Olof Hjelm说：“我们希望避免‘坟墓’。当你考虑到回收利用时，事情会变得更加复杂。但在这里，我们表明，最重要的是考虑有机溶剂的再利用以及原材料的生产方式，尤其是当它们是稀有材料时。”
生命周期分析提供指导的一个例子是钙钛矿LED中发现的少量有毒铅。
IEI教授Olof Hjelm。摄影师：Thor Balkhed
目前，钙钛矿要有效，这是必要的。但是，根据Olof Hjelm的说法，只关注铅是一个错误。LED中还有许多其他材料，例如黄金。
他说：“黄金生产极具毒性。有汞和氰化物等副产品。它也非常耗能。”
相反，最大的环境收益将通过用铜、铝或镍代替黄金来实现，同时保持LED最佳功能所需的一小部分铅。
巨大的潜力
研究人员得出结论，从长远来看，钙钛矿LED具有巨大的商业化潜力。由于成本更低，环境影响更小，也许它们甚至可以取代今天的LED。最大的问题是寿命。然而，钙钛矿LED的开发正在加速，其预期寿命也在增加。研究人员认为，为了产生积极的环境影响，它需要达到大约10,000小时，他们认为这是可以实现的。今天，最好的钙钛矿LED可持续使用数百小时。
LiU物理、化学和生物学系的博士生Muyi Zhang说，到目前为止，大部分研究重点都放在提高LED的技术性能上，他认为这种情况将会改变。
“我们希望我们开发的东西能在现实世界中使用。但是，作为研究人员，我们需要拓宽视野。如果一个产品具有很高的技术性能，但价格昂贵且不具有环境可持续性，那么它在市场上可能不具有很强的竞争力。这种心态将越来越多地指导我们的研究。”
该研究由玛丽安和马库斯·瓦伦堡基金会、克努特和爱丽丝·瓦伦堡基金会、瑞典研究委员会、瑞典能源署、奥勒·恩奎斯特基金会、LiU纳米科学与技术中心以及瑞典政府在先进功能材料（AFM）材料科学战略研究领域的资助。
文章：Towards sustainable perovskite light-emitting diodes，Muyi Zhang, Xiaotian Ma, John Laurence Esguerra, Hongling Yu, Olof Hjelm, Jiashuo Li & Feng Gao, Nature Sustainability (2025)，在线发布于2025年1月15日。DOI: 10.1038/s41893-024-01503-7
IFM的博士生Muyi Zhang向Olof Hjelm教授展示了钙钛矿实验室。摄影师：Charlotte Perhammar
联系方式
Feng Gao 教授，部门主管 - 物理、化学和生物学系 (IFM)
- 电子和光子材料 (EFM)
- feng.gao@liu.se
- +4613286882
Olof Hjelm 教授 - 管理与工程系 (IEI)
- 环境技术与管理 (MILJÖ)
- olof.hjelm@liu.se
- +4613285647
Muyi Zhang 博士生 - 物理、化学和生物学系 (IFM)
- 电子和光子材料 (EFM)
- muyi.zhang@liu.se
- +4613281947
John Laurence Esguerra 助理教授 - 管理与工程系 (IEI)
- 环境技术与管理 (MILJÖ)
- john.laurence.esguerra@liu.se
- +4613284719
了解更多关于合作和研究的信息
从实验室到商业产品——一条漫长而艰难的道路。林雪平大学的研究人员正在努力为未来的太阳能电池创造材料。目标是生产一种商业上可行的产品。一个跨学科的研究项目将试图找出需要什么。
下一代数字显示器的突破。LiU的研究人员开发了一种数字显示屏，其中LED本身会对触摸、光线、指纹和用户的脉搏等做出反应。他们的研究成果可能是全新一代数字显示器的开始。
基于钙钛矿的LED中的蓝光跃进。林雪平大学的研究人员开发了基于卤化物钙钛矿的高效蓝光发光二极管。新型LED可能为廉价且节能的照明开辟道路。
战略研究
先进功能材料 - AFM 先进功能材料（AFM）是一个跨学科的研究环境，进行先进功能材料的研究。该倡议基于政府投资，以战略研究领域为基础。
跨学科研究
电子和光子材料 (EFM) 我们部门的研究重点是有机电子在能量转换和存储方面的开发。
环境技术与管理 (MILJÖ) 环境技术与管理部门是管理与工程系的研究和教育环境。我们将环境问题转化为机遇。