(Phys.org)—Silicium nanokristallen hebben een grootte van enkele nanometers en hebben een hoog lichtpotentieel. Wetenschappers van het KIT en de Universiteit van Toronto/Canada zijn er nu in geslaagd om op silicium gebaseerde light-emitting diodes (SiLED's) te maken. Ze zijn vrij van zware metalen en kunnen licht in verschillende kleuren uitstralen. Het team van chemici, materiaal onderzoekers, nanowetenschappers, en opto-elektronische experts presenteert zijn ontwikkeling in de Nano-letters logboek.

Silicium domineert in micro-elektronica en fotovoltaïsche industrie, maar werd lange tijd als ongeschikt beschouwd voor light-emitting diodes. Echter, dit geldt niet voor nanoscopische afmetingen:minieme silicium nanokristallen kunnen licht produceren. Deze nanokristallen bestaan ​​uit een paar honderd tot duizend atomen en hebben een aanzienlijk potentieel als zeer efficiënte lichtstralers, zoals werd aangetoond door het team van professor Uli Lemmer en professor Annie K. Powell van het KIT en professor Geoffrey A. Ozin van de Universiteit van Toronto. In een gezamenlijk project de wetenschappers zijn er nu in geslaagd om zeer efficiënte light-emitting diodes te maken van de silicium nanokristallen.

Tot dusver, fabricage van silicium light-emitting diodes is beperkt tot het rode zichtbare spectrale bereik en het nabij-infrarood. Wat betreft de efficiëntie van siliciumdiodes die rood licht uitstralen, onderzoekers uit Karlsruhe zijn nu al top in de wereld. "Gecontroleerde fabricage van diodes die veelkleurig licht uitstralen, echter, is absoluut een noviteit, " legt Florian Maier-Flaig uit, wetenschapper van het Light Technology Institute (LTI) van KIT en doctoraalstudent van de Karlsruhe School of Optics and Photonics (KSOP). KIT-wetenschappers passen specifiek de kleur van het door de diodes uitgestraalde licht aan door nanodeeltjes te scheiden, afhankelijk van hun grootte. "Bovendien, onze light-emitting diodes hebben een verrassende stabiliteit op lange termijn die nog niet eerder is bereikt, " Maier-Flaig meldt. De langere levensduur van de componenten die in bedrijf zijn, is te danken aan het gebruik van nanodeeltjes van slechts één grootte. Dit verbetert de stabiliteit van de gevoelige dunnefilmcomponenten. Kortsluitingen door te grote deeltjes zijn uitgesloten.

De ontwikkeling van de onderzoekers uit Karlsruhe en Toronto wordt ook gekenmerkt door een indrukwekkende homogeniteit van de lichtvlakken. De KIT-onderzoekers behoren tot de weinige teams ter wereld die weten hoe ze dergelijke apparaten moeten maken. "Met de vloeibaar verwerkte silicium-LED's die mogelijk op grote oppervlakken en tegen lage kosten kunnen worden geproduceerd, de nanodeeltjesgemeenschap betreedt nieuw terrein, waarvan het bijbehorende potentieel vandaag de dag nauwelijks kan worden ingeschat. Maar vermoedelijk, leerboeken over halfgeleidercomponenten moeten worden herschreven, " zegt Geoffrey A. Ozin, die momenteel werkt als een KIT-onderscheiden-onderzoeker bij KIT's Center for Functional Nanostructures (CFN).

De SiLED's hebben ook het voordeel dat ze geen zware metalen bevatten. In tegenstelling tot cadmiumselenide, cadmiumsulfide of loodsulfide gebruikt door andere groepen onderzoekers, het silicium dat deze groep gebruikt voor de lichtemitterende nanodeeltjes is niet giftig. Bovendien, het is beschikbaar tegen lage kosten en zeer overvloedig op aarde. Door hun vele voordelen, de SiLED's zullen in samenwerking met andere partners verder worden ontwikkeld.