Er zijn veel dingen die kwantumstippen kunnen doen, maar de meest voor de hand liggende plaats waar ze ons leven kunnen veranderen, is om de kleuren op onze tv's en schermen zuiverder te maken. Onderzoek met behulp van de Canadian Light Source (CLS) aan de Universiteit van Saskatchewan helpt deze technologie dichter bij onze huiskamers te brengen.

Quantum dots zijn nanokristallen die gloeien, een eigenschap waarmee wetenschappers hebben gewerkt om LED's van de volgende generatie te ontwikkelen. Wanneer een kwantumstip gloeit, het creëert zeer zuiver licht in een precieze golflengte van rood, blauw of groen. Conventionele LED's, vandaag op onze tv-schermen te vinden, wit licht produceren dat wordt gefilterd om de gewenste kleuren te bereiken, een proces dat leidt tot minder heldere en modderige kleuren.

Tot nu, blauwgloeiende kwantumstippen, die cruciaal zijn voor het creëren van een volledig kleurengamma, zijn bijzonder uitdagend gebleken voor onderzoekers om zich te ontwikkelen. Echter, Universiteit van Toronto (U of T)-onderzoeker Dr. Yitong Dong en medewerkers hebben een enorme sprong gemaakt in blauwe kwantumdot-fluorescentie, resultaten die ze onlangs publiceerden in Natuur Nanotechnologie .

"Het idee is dat als je een blauwe LED hebt, je hebt alles. We kunnen het licht altijd naar beneden omzetten van blauw naar groen en rood, " zegt Dong. "Laten we zeggen dat je groen hebt, dan kun je dit licht met lagere energie niet gebruiken om blauw te maken."

De doorbraak van het team heeft geleid tot kwantumstippen die groen licht produceren met een externe kwantumefficiëntie (EQE) van 22% en blauw met 12,3%. Het theoretische maximale rendement is niet ver verwijderd van 25%, en dit is de eerste blauwe perovskiet-LED die een EQE van meer dan 10% bereikt.

De wetenschap

Dong werkt al twee jaar op het gebied van kwantumstippen in de onderzoeksgroep van Dr. Edward Sargent aan de U of T. Deze verbazingwekkende toename in efficiëntie kostte tijd, een ongebruikelijke productieaanpak, en het overwinnen van verschillende wetenschappelijke hindernissen om te bereiken.

CLS-technieken, met name GIWAXS op de HXMA-bundellijn, stelde de onderzoekers in staat om de structuren te verifiëren die in hun quantum dot-films waren bereikt. Dit valideerde hun resultaten en hielp verduidelijken wat de structurele veranderingen bereiken in termen van LED-prestaties.

"De CLS was erg nuttig. GIWAXS is een fascinerende techniek, ' zegt Dong.

De eerste uitdaging was uniformiteit, belangrijk om te zorgen voor een helderblauwe kleur en om te voorkomen dat de LED in de richting van groen licht gaat.

"We hebben een speciale synthetische aanpak gebruikt om een ​​zeer uniforme montage te bereiken, dus elk afzonderlijk deeltje heeft dezelfde grootte en vorm. De algehele film is bijna perfect en behoudt de blauwe emissiecondities helemaal door, ' zegt Dong.

Volgende, het team moest de ladingsinjectie aanpakken die nodig was om de stippen tot luminescentie te wekken. Omdat de kristallen niet erg stabiel zijn, ze hebben stabiliserende moleculen nodig om als steiger te fungeren en ze te ondersteunen. Dit zijn meestal lange molecuulketens, met maximaal 18 koolstof-niet-geleidende moleculen aan het oppervlak, waardoor het moeilijk is om de energie te krijgen om licht te produceren.

"We gebruikten een speciale oppervlaktestructuur om de kwantumdot te stabiliseren. Vergeleken met de films gemaakt met lange keten moleculen afgedekte kwantumdots, onze film heeft een 100 keer hogere geleidbaarheid, soms zelfs 1000 keer hoger."

Deze opmerkelijke prestatie is een belangrijke maatstaf bij het op de markt brengen van deze nanokristal-LED's. Echter, stabiliteit blijft een probleem en quantum dot-LED's hebben een korte levensduur. Dong is enthousiast over het potentieel voor het veld en voegt eraan toe:"Ik hou van fotonen, dit zijn interessante materialen, en, goed, deze gloeiende kristallen zijn gewoon prachtig."