LED-lampen zijn alomtegenwoordige verlichtingsoplossingen voor huizen en bedrijven geworden, maar als het gaat om grote displays met een hoge resolutie, hebben traditionele LED's gedocumenteerde nadelen. LED-displays gebruiken een hoge spanning en een factor die de interne stroomconversie-efficiëntie wordt genoemd, is laag, wat betekent dat de energiekosten om de displays te laten werken hoog zijn, de displays niet zo lang meegaan en te warm kunnen worden.

In een paper gepubliceerd in Nano Research , schetsen onderzoekers hoe een technologische vooruitgang, kwantumstippen genaamd, de oplossing zou kunnen zijn voor sommige van deze uitdagingen. Quantum dots zijn kleine, door de mens gemaakte kristallen die fungeren als halfgeleiders. Vanwege hun grootte hebben ze unieke eigenschappen die ze nuttig kunnen maken in weergavetechnologie.

"Traditionele LED's zijn succesvol geweest op gebieden als display, verlichting en optische communicatie. De techniek die wordt gebruikt om halfgeleidermateriaal en apparaten van hoge kwaliteit te verkrijgen, is echter zeer energie- en kostenverslindend", zei assistent-professor Xing Lin van het College of Information Science &Electronic Engineering aan de Zhejiang University. "Colloïdale kwantumdot biedt een kosteneffectieve manier om hoogwaardige LED's te bouwen met behulp van goedkope oplossingsverwerkingstechnieken en materialen van chemische kwaliteit. Bovendien overtreft colloïdale kwantumdot, als anorganisch materiaal, emitterende organische halfgeleiders wat betreft stabiliteit op de lange termijn."

Alle LED-displays zijn opgebouwd uit meerdere lagen. Een van de belangrijkste lagen is de emitterende laag, waar de elektrische energie kleurrijk licht wordt. Onderzoekers gebruikten een enkele laag kwantumstippen voor de emitterende laag. Typisch is de colloïdale kwantumdot-emitterende laag een bron van spanningsverlies, aangezien de geleidbaarheid van colloïdale kwantumdot-vaste stof slecht is. Door kwantumdots met één laag als emitterende laag te gebruiken, theoretiseren onderzoekers dat ze de spanning tot het uiterste kunnen verlagen om deze schermen van stroom te voorzien.

Een ander kenmerk van kwantumdots waardoor ze ideaal zijn voor gebruik in LED's, is dat ze kunnen worden gemaakt zonder defecten die hun efficiëntie zouden beïnvloeden. Quantum dots kunnen worden ontworpen zonder onzuiverheden en oppervlaktedefecten. "Quantum dot-LED's (QLED's) kunnen een interne stroomconversie-efficiëntie van bijna één bereiken bij stroomdichtheden die geschikt zijn voor weergave- en verlichtingstoepassingen. Traditionele LED's, gebaseerd op epitaxiaal gegroeide halfgeleiders, vertonen een ernstige efficiëntieafname in hetzelfde stroomdichtheidsbereik. Dit verschil komt voort uit het defectvrije karakter van hoogwaardige kwantumdots," zei Lin.

De vergelijkbaar lage kosten van het produceren van emitterende lagen met kwantumdots en het vermogen om de lichtextractie-efficiëntie van QLED's te verbeteren met behulp van optische engineeringtechnieken, vermoeden onderzoekers dat QLED's een efficiënte verbetering kunnen zijn ten opzichte van traditionele LED's voor verlichting, displays en meer. Maar er moet nog meer onderzoek worden gedaan en QLED's, zoals ze nu zijn, hebben nadelen die moeten worden overwonnen voordat ze op grote schaal kunnen worden toegepast.

"Ons werk toont aan dat thermische energie kan worden geëxtraheerd om de efficiëntie van elektrisch-naar-optisch vermogen te verhogen", zegt Lin. "De prestaties van het apparaat in het huidige stadium zijn echter verre van ideaal in de zin van relatief hoge bedrijfsspanning en lage stroomdichtheden. Deze zwakheden kunnen worden overwonnen door beter materiaal voor ladingstransport te zoeken en de interface tussen ladingstransport en kwantumdot-lagen te ontwerpen. uiteindelijke doel - het bereiken van elektroluminescentie-koelapparaten - zou mogelijk moeten zijn op basis van QLED's." + Verder verkennen

Quantum dots verhogen de efficiëntie en schaalbaarheid van perovskietzonnecellen