Gennembrud inden for blå kvantepunktteknologi

Der er mange ting, kvanteprikker kan gøre, men det mest åbenlyse sted, de kunne ændre vores liv, er at gøre farverne på vores tv'er og skærme mere uberørte. Forskning ved hjælp af den canadiske lyskilde (CLS) ved University of Saskatchewan hjælper med at bringe denne teknologi tættere på vores stuer.

Kvanteprikker er nanokrystaller, der lyser, en egenskab, som forskere har arbejdet med for at udvikle næste generations LED'er. Når en kvanteprik lyser, det skaber meget rent lys i en præcis bølgelængde af rødt, blå eller grøn. Konventionelle lysdioder, findes på vores tv-skærme i dag, producere hvidt lys, der filtreres for at opnå de ønskede farver, en proces, der fører til mindre lyse og muddere farver.

Indtil nu, blå-glødende kvanteprikker, som er afgørende for at skabe et komplet udvalg af farver, har vist sig at være særligt udfordrende for forskere at udvikle. Imidlertid, University of Toronto (U of T) forsker Dr. Yitong Dong og samarbejdspartnere har taget et stort spring i blå kvanteprikker fluorescens, resultater, de for nylig har offentliggjort i Natur nanoteknologi .

"Ideen er, at hvis du har en blå LED, du har alt. Vi kan altid nedkonvertere lyset fra blåt til grønt og rødt, " siger Dong. "Lad os sige, at du har grønt, så kan du ikke bruge dette lavere energilys til at gøre blåt."

Holdets gennembrud har ført til kvanteprikker, der producerer grønt lys ved en ekstern kvanteeffektivitet (EQE) på 22% og blå ved 12,3%. Den teoretiske maksimale effektivitet er ikke langt væk på 25 %, og dette er den første blå perovskit LED rapporteret som opnår en EQE højere end 10%.

Videnskaben

Dong har arbejdet inden for kvanteprikker i to år i Dr. Edward Sargents forskningsgruppe ved U of T. Denne forbløffende stigning i effektivitet tog tid, en usædvanlig produktionstilgang, og overvinde adskillige videnskabelige forhindringer for at opnå.

CLS teknikker, især GIWAXS på HXMA beamline, gjorde det muligt for forskerne at verificere de opnåede strukturer i deres kvanteprikfilm. Dette validerede deres resultater og hjalp med at afklare, hvad de strukturelle ændringer opnår med hensyn til LED-ydelse.

"CLS var meget hjælpsom. GIWAXS er en fascinerende teknik, " siger Dong.

Den første udfordring var ensartethed, vigtigt for at sikre en klar blå farve og for at forhindre, at LED'en bevæger sig mod at producere grønt lys.

"Vi brugte en særlig syntetisk tilgang til at opnå en meget ensartet samling, så hver enkelt partikel har samme størrelse og form. Den overordnede film er næsten perfekt og bevarer de blå emissionsforhold hele vejen igennem, " siger Dong.

Næste, holdet havde brug for at tackle den ladningsinjektion, der var nødvendig for at excitere prikkerne til luminescens. Da krystallerne ikke er særlig stabile, de har brug for stabiliserende molekyler for at fungere som stilladser og understøtte dem. Disse er typisk lange molekylekæder, med op til 18 kulstof-ikke-ledende molekyler ved overfladen, gør det svært at få energi til at producere lys.

"Vi brugte en speciel overfladestruktur til at stabilisere kvanteprikken. Sammenlignet med filmene lavet med langkædede molekyler afgrænsede kvanteprikker, vores film har 100 gange højere ledningsevne, nogle gange endda 1000 gange højere."

Denne bemærkelsesværdige ydeevne er et vigtigt benchmark for at bringe disse nanokrystal LED'er på markedet. Imidlertid, Stabilitet er fortsat et problem, og quantum dot LED'er lider under korte levetider. Dong er begejstret for potentialet for feltet og tilføjer, "Jeg kan godt lide fotoner, det er interessante materialer, og, godt, disse glødende krystaller er bare smukke."