(Phys.org) — Dramatiska framsteg inom området kvantpunktsljusemitterande dioder (QD-LEDs) kan komma från nyligen utförda arbeten av Nanotechnology and Advanced Spectroscopy-teamet vid Los Alamos National Laboratory.

Kvantpunkter är halvledarpartiklar i nanostorlek vars emissionsfärg kan justeras genom att helt enkelt ändra deras dimensioner. De har emissionskvantutbyten nära enhet och smala emissionsband, vilket resulterar i utmärkt färgrenhet. Den nya forskningen syftar till att förbättra QD-LEDs genom att använda en ny generation av konstruerade kvantprickar som är skräddarsydda specifikt för att minska slösaktiga laddningsbärarinteraktioner som konkurrerar med produktionen av ljus.

"QD-LED kan potentiellt ge många fördelar jämfört med standardbelysningstekniker, som glödlampor, särskilt inom områdena effektivitet, livslängd och färgkvaliteten på det utsända ljuset, " sa Victor Klimov från Los Alamos.

Glödlampor, känd för att endast omvandla 10 procent av elektrisk energi till ljus och förlora 90 procent av den till värme, ersätts snabbt över hela världen av mindre slösaktiga fluorescerande ljuskällor. Dock, den mest effektiva metoden för belysning är direkt omvandling av elektricitet till ljus med hjälp av elektroluminiscerande enheter som LED.

På grund av spektralt smala, avstämbar emission, och enkel bearbetning, kolloidala QDs är attraktiva material för LED-teknik. Under det senaste årtiondet, kraftfull forskning inom QD-LED har lett till dramatiska förbättringar av deras prestanda, till den punkt där den nästan uppfyller kraven för kommersiella produkter. En enastående utmaning på området är den så kallade effektivitetsavvecklingen (även känd som "droop"), det är, minskningen i verkningsgrad vid höga strömmar.

"Detta 'droop'-problem komplicerar att uppnå praktiska nivåer av ljusstyrka som krävs speciellt för belysningstillämpningar, sa Wan Ki Bae, en postdoktor i nanoteknikteamet.

Genom att utföra spektroskopiska studier på funktionella QD-LEDs, Los Alamos-forskarna har fastställt att den huvudsakliga faktorn som är ansvarig för minskningen av effektiviteten är en effekt som kallas Auger-rekombination. I denna process, istället för att sändas ut som en foton, energin från rekombinationen av en exciterad elektron och hål överförs till överskottsladdningen och försvinner därefter som värme.

Ett papper, "Controlling the influence of Auger recombination on prestandan of quantum-dot light emitting diodes" publiceras 25 oktober i Naturkommunikation . Dessutom, en översiktsartikel om området för ljusemitterande ljusdioder med kvantprickar och specifikt Auger-effekternas roll dök upp i september Materials Research Society Bulletin , Volym 38, Nummer 09, också författad av forskare från Los Alamos nanotech-team.

Detta arbete har inte bara identifierat mekanismen för effektivitetsförluster i QD-LED, Klimov sa, men det har också visat två olika nano-teknikstrategier för att kringgå problemet i QD-LEDs baserade på ljusa kvantprickar gjorda av kadmiumselenidkärnor överdragna med kadmiumsulfidskal.

Det första tillvägagångssättet är att minska effektiviteten av själva Auger-rekombinationen, vilket kan göras genom att införliva ett tunt lager av kadmiumselenidsulfidlegering vid gränsytan mellan kärna och skal för varje kvantpunkt.

Det andra tillvägagångssättet angriper problemet med laddningsobalans genom att bättre kontrollera flödet av extra elektroner in i själva prickarna. Detta kan åstadkommas genom att belägga varje punkt i ett tunt lager zink-kadmiumsulfid, som selektivt hindrar elektroninjektion. Enligt Jeffrey Pietryga, en kemist i nanoteknikteamet, "Denna finjustering av elektron- och hålinsprutningsströmmar hjälper till att hålla prickarna i ett laddningsneutralt tillstånd och förhindrar därmed aktivering av Auger-rekombination."