(Phys.org) -Dramatische vooruitgang op het gebied van quantum dot light emitting diodes (QD-LED's) zou kunnen komen van recent werk van het Nanotechnology and Advanced Spectroscopy-team van het Los Alamos National Laboratory.

Kwantumdots zijn halfgeleiderdeeltjes van nanogrootte waarvan de emissiekleur kan worden aangepast door eenvoudig hun afmetingen te veranderen. Ze hebben emissiekwantumopbrengsten van bijna-eenheid en smalle emissiebanden, wat resulteert in een uitstekende kleurzuiverheid. Het nieuwe onderzoek is gericht op het verbeteren van QD-LED's door gebruik te maken van een nieuwe generatie gemanipuleerde kwantumdots die specifiek zijn afgestemd op het verminderen van verspillende interacties tussen ladingsdragers die concurreren met de productie van licht.

"QD-LED's kunnen potentieel veel voordelen bieden ten opzichte van standaard verlichtingstechnologieën, zoals gloeilampen, vooral op het gebied van efficiëntie, levensduur en de kleurkwaliteit van het uitgestraalde licht, " zei Victor Klimov van Los Alamos.

Gloeilampen, bekend om het omzetten van slechts 10 procent van de elektrische energie in licht en 90 procent daarvan te verliezen aan warmte, worden wereldwijd snel vervangen door minder verspillende fluorescerende lichtbronnen. Echter, de meest efficiënte benadering van verlichting is de directe omzetting van elektriciteit in licht met behulp van elektroluminescente apparaten zoals LED's.

Door de spectraal smalle, afstembare emissie, en gemak van verwerking, colloïdale QD's zijn aantrekkelijke materialen voor LED-technologieën. In het laatste decennium, krachtig onderzoek naar QD-LED's heeft geleid tot dramatische verbeteringen in hun prestaties, tot het punt waarop het bijna voldoet aan de vereisten voor commerciële producten. Een uitstekende uitdaging in het veld is de zogenaamde efficiency roll-off (ook bekend als "droop"), dat is, de daling van het rendement bij hoge stromen.

"Dit 'droop'-probleem bemoeilijkt het bereiken van praktische helderheidsniveaus die vooral nodig zijn voor verlichtingstoepassingen, " zei Wan Ki Bae, een postdoctoraal onderzoeker in het nanotech-team.

Door spectroscopische studies uit te voeren op operationele QD-LED's, de onderzoekers van Los Alamos hebben vastgesteld dat de belangrijkste factor die verantwoordelijk is voor de vermindering van de efficiëntie een effect is dat Auger-recombinatie wordt genoemd. In dit proces, in plaats van te worden uitgezonden als een foton, de energie van recombinatie van een geëxciteerd elektron en gat wordt overgebracht naar de overtollige lading en vervolgens als warmte gedissipeerd.

Een krant, "Het beheersen van de invloed van Auger-recombinatie op de prestaties van quantum-dot light-emitting diodes" wordt op 25 oktober gepubliceerd in Natuurcommunicatie . In aanvulling, een overzichtsartikel op het gebied van quantum-dot light-emitting diodes en specifiek de rol van Auger-effecten verscheen in september Bulletin van de Material Research Society , Jaargang 38, Nummer 09, ook geschreven door onderzoekers van het Los Alamos nanotech-team.

Dit werk heeft niet alleen het mechanisme voor efficiëntieverliezen in QD-LED's geïdentificeerd, Klimov zei, maar het heeft ook twee verschillende nano-engineeringstrategieën aangetoond om het probleem in QD-LED's te omzeilen op basis van heldere kwantumdots gemaakt van cadmiumselenidekernen bedekt met cadmiumsulfideschillen.

De eerste benadering is om de efficiëntie van Auger-recombinatie zelf te verminderen, wat kan worden gedaan door een dunne laag cadmiumselenidesulfidelegering op te nemen op het grensvlak tussen kern en schaal van elke kwantumdot.

De andere benadering valt het probleem van onbalans in de lading aan door de stroom van extra elektronen naar de stippen zelf beter te beheersen. Dit kan worden bereikt door elke stip in een dunne laag zink-cadmiumsulfide te coaten, die selectief elektroneninjectie belemmert. Volgens Jeffrey Pietryga, een chemicus in het nanotech-team, "Deze fijnafstemming van elektronen- en gatinjectiestromen helpt de stippen in een ladingsneutrale toestand te houden en voorkomt zo activering van Auger-recombinatie."