光学和光子学

量子点LED不含镉

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2019-12-06 19:55

包含称为量子点的半导体纳米晶体的发光二极管(LED)的效率高和色纯度高,是诸如大面板显示器和太阳能电池等应用的理想选择。迄今为止,这些量子点LED的主要缺点是它们的毒性,因为其中大多数都含有镉或其他重金属。但是,现在,韩国三星的一组研究人员设计出了无镉发光体,其效率,亮度和使用寿

  包含称为量子点的半导体纳米晶体的发光二极管(LED)的效率高和色纯度高,是诸如大面板显示器和太阳能电池等应用的理想选择。迄今为止,这些量子点LED的主要缺点是它们的毒性,因为其中大多数都含有镉或其他重金属。但是,现在,韩国三星的一组研究人员设计出了无镉发光体,其效率,亮度和使用寿命可与不环保的前辈相媲美。

量子点LED不含镉

  量子点(QD)通过称为辐射复合的过程发光。当量子点内的价能带中的电子吸收光子并移动到导带时,它将留下电子空位或空穴。被激发的电子和空穴然后复合,释放出光子。

  第一光致发光量子点包含镉(Cd),并通过用有机分子涂覆半导体纳米晶体而制成。在后来的版本中,研究人员用另一种具有大带隙(即,价带和导带之间的能量差很大)的半导体材料的壳包围半导体核心。在这种结构中,带隙可防止核心处的电子和空穴逸出到QD的外表面,从而使器件本质上具有光致发光性。

  有希望的替代方案

  基于磷化铟(InP)的量子点是有前途的替代方法,因为它们的光致发光量子产率(量子点发射的光子数量除以吸收的数量)很高,高达93%。即便如此,基于InP的LED的发光性能仍落后于其含Cd的表亲,原因被认为是由于材料中的结构缺陷引起的。这些缺陷将InP器件的外部量子效率(离开LED的光子数量除以注入其中的电荷数量)降低到仅12.2%。

  通过领导的研究小组Eunjoo张所述的三星尖端技术研究所在水原通过从均匀的InP核心,硒化锌(硒化锌)和硫化锌的(ZnS)的薄的外壳厚内壳量子点合成克服了这个问题。研究人员分两步进行量子点分析,即在ZnSe壳的初始生长过程中使用氢氟酸蚀刻掉氧化的核表面,然后在340°C下对核/壳界面进行退火。他们说,这种方法消除了效率降低的缺陷。

  抑制不良影响

  所得的结构具有高度对称的球形,势能轮廓随距中心的距离逐渐增加。这种所谓的软约束电势降低了俄歇复合率,这种俄歇复合率是在光激发电子-空穴对的能量转移到另一个电子或空穴而不发射光子时发生的。量子点的均匀形状还减少了量子点表面或核-壳界面处的空腔或尖角的数量,这有助于进一步抑制俄歇复合。

  为了评估其QD的发光特性,三星团队使用它们来制造LED,并在其中注入电子和空穴。他们的设备测得的外部量子效率为21.4%,这是基于QD的LED的理论最大值。该器件还自夸100个000坎德拉/ m的最大亮度2,并在100个坎德拉/米的左右一百万小时的寿命2。

  研究人员说,这些值可以与含镉的最新设备相媲美。因此,Jang说,三星团队基于InP的QD-LED很快将可用于下一代商用显示器,其中电视显示器是最有前途的即时应用之一。

  她告诉《物理世界》:“我们测量的每个值都是无镉QD-LED的记录。” “我们的结果清楚地表明,InP可以克服以前的担忧,即基于这种材料的QD难以完美制造-特别是对于要求非常高的外部量子效率的应用(例如显示器)。”

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