LED-lampor har blivit allestädes närvarande belysningslösningar för hem och företag, men när det kommer till stora högupplösta displayer har traditionella lysdioder dokumenterat nackdelar. LED-skärmar använder hög spänning och en faktor som kallas den interna energiomvandlingseffektiviteten är låg, vilket innebär att energikostnaderna för att köra bildskärmarna är höga, bildskärmarna håller inte lika länge och de kan bli för varma.

I en artikel publicerad i Nano Research , forskare beskriver hur ett tekniskt framsteg som kallas kvantprickar kan vara lösningen på några av dessa utmaningar. Kvantprickar är små, konstgjorda kristaller som fungerar som halvledare. På grund av sin storlek har de unika egenskaper som kan göra dem användbara inom displayteknik.

"Traditionella lysdioder har varit framgångsrika inom områden som display, belysning och optisk kommunikation. Tekniken som används för att förvärva högkvalitativt halvledarmaterial och enheter är dock mycket energi- och kostnadskrävande", säger biträdande professor Xing Lin vid College of College of Informationsvetenskap och elektronikteknik vid Zhejiang University. "Kolloidal kvantpunkt ger ett kostnadseffektivt sätt att konstruera högpresterande lysdioder med hjälp av billiga lösningsbearbetningstekniker och material av kemisk kvalitet. Dessutom, som oorganiskt material, överträffar kolloidal kvantprick emitterande organiska halvledare i långsiktig driftstabilitet."

Alla LED-skärmar är uppbyggda av flera lager. Ett av de viktigaste lagren är det emissiva lagret, där den elektriska energin blir färgstarkt ljus. Forskare använde ett enda lager av kvantprickar för det emitterande lagret. Typiskt är det kolloidala kvantpunktemitterande skiktet en källa till spänningsförlust eftersom konduktiviteten hos kolloidalt kvantpunktsfast ämne är dålig. Genom att använda kvantprickar i ett lager som emissionsskikt, teoretiserar forskare att de kan minska spänningen till den största utsträckningen för att driva dessa bildskärmar.

En annan egenskap hos quantum dots som gör dem idealiska för användning i lysdioder är att de kan tillverkas utan några defekter som skulle påverka deras effektivitet. Quantum dots kan konstrueras utan föroreningar och ytdefekter. "Quantum dot LEDs (QLEDs) kan uppnå nästan enhetlig intern effektomvandlingseffektivitet vid strömtätheter som är lämpliga för display- och belysningstillämpningar. Traditionella lysdioder, baserade på epitaxiellt odlade halvledare, uppvisar allvarliga effektivitetsavvecklingar inom samma strömtäthetsområde. Denna skillnad härstammar från den defektfria naturen hos högkvalitativa kvantprickar", sa Lin.

Den jämförelsevis låga kostnaden för att producera emissionsskikt med kvantprickar och förmågan att förbättra ljusextraktionseffektiviteten för QLED:er med optisk ingenjörsteknik, forskare misstänker att QLED:er kan vara en effektiv förbättring jämfört med traditionella lysdioder för belysning, skärmar och mer. Men det finns fortfarande mer forskning att göra och QLEDs, som de är nu, har nackdelar som måste övervinnas innan de kan användas brett.

"Vårt arbete visar att termisk energi kan utvinnas för att öka effektiviteten för el-till-optisk effektkonvertering", säger Lin. "Men, enhetens prestanda i nuvarande skede är långt ifrån idealisk i betydelsen relativt hög driftspänning och låga strömtätheter. Dessa svagheter kan övervinnas genom att söka bättre laddningstransportmaterial och konstruera gränssnittet mellan laddningstransport och kvantpunktsskikt. slutmålet - att uppnå elektroluminescenskylningsanordningar - borde vara möjligt baserat på QLEDs." + Utforska vidare

Kvantprickar ökar effektiviteten och skalbarheten för perovskitesolceller