Nanoskalaudvikling øger ydeevnen for quantum dot lysemitterende dioder

(Phys.org) —Dramatiske fremskridt inden for quantum dot light emitting diodes (QD-LEDs) kan komme fra nylig arbejde fra Nanotechnology and Advanced Spectroscopy-teamet ved Los Alamos National Laboratory.

Quantum dots er halvlederpartikler i nanostørrelse, hvis emissionsfarve kan indstilles ved blot at ændre deres dimensioner. De har nær-enhedsemissionskvantumudbytter og snævre emissionsbånd, hvilket resulterer i fremragende farve renhed. Den nye forskning har til formål at forbedre QD-LED'er ved at bruge en ny generation af manipulerede kvantepunkter, der er skræddersyet specifikt til at have reduceret spildende ladningsbærer-interaktioner, der konkurrerer med produktion af lys.

"QD-LED'er kan potentielt give mange fordele i forhold til standard belysningsteknologier, såsom glødepærer, især inden for effektivitetsområder, levetid og farvekvaliteten af ​​det udsendte lys, "sagde Victor Klimov fra Los Alamos.

Glødepærer, kendt for at konvertere kun 10 procent af elektrisk energi til lys og miste 90 procent af det til varme, bliver hurtigt erstattet på verdensplan af mindre spildende fluorescerende lyskilder. Imidlertid, den mest effektive tilgang til belysning er direkte konvertering af elektricitet til lys ved hjælp af elektroluminescerende enheder som f.eks. lysdioder.

På grund af spektralt snævre, indstillelig emission, og nem behandling, kolloidale QD'er er attraktive materialer til LED -teknologier. I det sidste årti, kraftig forskning i QD-LED'er har ført til dramatiske forbedringer i deres ydeevne, til det punkt, hvor det næsten opfylder kravene til kommercielle produkter. En enestående udfordring på området er den såkaldte effektivitet-roll-off (også kendt som "droop"), det er, faldet i effektivitet ved høje strømme.

"Dette" hængende "problem komplicerer at opnå praktiske niveauer af lysstyrke, der kræves især til belysningsapplikationer, "sagde Wan Ki Bae, en postdoktor på nanoteknologi -teamet.

Ved at udføre spektroskopiske undersøgelser af operationelle QD-LED'er, Los Alamos -forskerne har fastslået, at hovedfaktoren, der er ansvarlig for reduktionen i effektiviteten, er en effekt, der kaldes Auger -rekombination. I denne proces, i stedet for at blive udsendt som en foton, energien fra rekombination af en ophidset elektron og et hul overføres til den overskydende ladning og spredes efterfølgende som varme.

Et papir, "Styring af indflydelsen fra sneglrekombination på udførelsen af ​​kvantumpunkts lysemitterende dioder" udgives 25. oktober i Naturkommunikation . Ud over, en oversigtsartikel om området for kvantapunkts lysemitterende dioder og specifikt rollen som snegleeffekter dukkede op i september Materialeforskningssamfunds Bulletin , Bind 38, Udgave 09, også forfattet af forskere fra Los Alamos nanotech -teamet.

Dette arbejde har ikke alene identificeret mekanismen for effektivitetstab i QD-LED'er, Klimov sagde, men det har også demonstreret to forskellige nanotekniske strategier til at omgå problemet i QD-LED'er baseret på lyse kvanteprikker lavet af cadmiumselenidkerner overmalet med cadmiumsulfidskaller.

Den første tilgang er at reducere effektiviteten af ​​selve sneglrekombinationen, hvilket kan gøres ved at inkorporere et tyndt lag cadmiumselenidsulfidlegering ved kerne/skal -grænsefladen for hver kvantepunkt.

Den anden tilgang angriber problemet med ladningsubalance ved bedre at kontrollere strømmen af ​​ekstra elektroner ind i prikkerne selv. Dette kan opnås ved at belægge hver prik i et tyndt lag zinkcadmiumsulfid, som selektivt hindrer elektroninjektion. Ifølge Jeffrey Pietryga, en kemiker i nanotech -teamet, "Denne finjustering af elektron- og hulinjektionsstrømme hjælper med at opretholde prikkerne i en ladningsneutral tilstand og forhindrer dermed aktivering af sneglrekombination."