(Phys.org)—Nanokristaller av kisel har en storlek på några nanometer och har en hög ljuspotential. Forskare från KIT och University of Toronto/Kanada har nu lyckats tillverka kiselbaserade lysdioder (SiLED). De är fria från tungmetaller och kan avge ljus i olika färger. Teamet av kemister, materialforskare, nanoforskare, och opto-elektroniska experter presenterar sin utveckling i Nanobokstäver tidning.

Kisel dominerar inom mikroelektronik och solcellsindustrin, men har länge ansetts olämplig för lysdioder. Dock, Detta gäller inte för nanoskopiska dimensioner:Små kiselnanokristaller kan producera ljus. Dessa nanokristaller består av några hundra till tusen atomer och har en avsevärd potential som högeffektiva ljussändare, vilket visades av teamet av professor Uli Lemmer och professor Annie K. Powell från KIT samt professor Geoffrey A. Ozin från University of Toronto. I ett gemensamt projekt, forskarna har nu lyckats tillverka högeffektiva lysdioder från kiselnanokristallerna.

Än så länge, tillverkning av kiseldioder har begränsats till det röda synliga spektralområdet och det nära infraröda området. När det gäller effektiviteten hos kiseldioder som avger rött ljus, forskare från Karlsruhe är redan i topp i världen. "Kontrollerad tillverkning av dioder som avger flerfärgat ljus, dock, är en absolut nyhet, " förklarar Florian Maier-Flaig, forskare vid Light Technology Institute (LTI) vid KIT och doktorand vid Karlsruhe School of Optics and Photonics (KSOP). KIT-forskare justerar specifikt färgen på ljuset som sänds ut av dioderna genom att separera nanopartiklar beroende på deras storlek. "Dessutom, våra ljusemitterande dioder har en överraskande långsiktig stabilitet som inte har uppnåtts tidigare, Maier-Flaig rapporterar. Den ökade livslängden för komponenterna i drift beror på användningen av enbart nanopartiklar av en storlek. Detta förbättrar stabiliteten hos de känsliga tunnfilmskomponenterna. Kortslutning på grund av överdimensionerade partiklar är uteslutna.

Utvecklingen som gjorts av forskarna från Karlsruhe och Toronto kännetecknas också av en imponerande homogenitet i de lysande områdena. KIT-forskarna är bland de få team i världen som vet hur man tillverkar sådana enheter. "Med de vätskebehandlade kisellysdioderna som potentiellt kan produceras på stora ytor såväl som till låga kostnader, nanopartikelsamhället går in på nytt territorium, vars associerade potentialer knappast kan uppskattas idag. Men förmodligen, läroböcker om halvledarkomponenter måste skrivas om, " säger Geoffrey A. Ozin, som för närvarande arbetar som KIT-framstående forskare vid KIT:s Center for Functional Nanostructures (CFN).

SiLED:erna har också fördelen att de inte innehåller några tungmetaller. Till skillnad från kadmiumselenid, kadmiumsulfid eller blysulfid som används av andra grupper av forskare, det kisel som används av denna grupp för de ljusemitterande nanopartiklarna är inte giftigt. Dessutom, den är tillgänglig till låga kostnader och mycket rik på jorden. På grund av deras många fördelar, SiLED:erna kommer att utvecklas vidare i samarbete med andra partners.