(Phys.org) - I progressi significativi nel campo dei diodi a emissione di luce a punti quantici (QD-LED) potrebbero derivare dal recente lavoro del team di nanotecnologia e spettroscopia avanzata presso il Los Alamos National Laboratory.

I punti quantici sono particelle semiconduttrici di dimensioni nanometriche il cui colore di emissione può essere regolato semplicemente cambiando le loro dimensioni. Presentano rendimenti quantici di emissione quasi unitari e bande di emissione strette, che si traducono in un'eccellente purezza del colore. La nuova ricerca mira a migliorare i LED QD utilizzando una nuova generazione di punti quantici progettati appositamente per ridurre le interazioni dispendiose dei portatori di carica che competono con la produzione di luce.

"I LED QD possono potenzialmente fornire molti vantaggi rispetto alle tecnologie di illuminazione standard, come lampadine a incandescenza, soprattutto nei settori dell'efficienza, la durata operativa e la qualità del colore della luce emessa, ", ha detto Victor Klimov di Los Alamos.

lampadine a incandescenza, noto per convertire solo il 10 percento dell'energia elettrica in luce e perderne il 90 percento in calore, vengono rapidamente sostituiti in tutto il mondo da sorgenti luminose fluorescenti meno dispendiose. Però, l'approccio più efficiente all'illuminazione è la conversione diretta dell'elettricità in luce utilizzando dispositivi elettroluminescenti come i LED.

A causa dello spettro ristretto, emissione sintonizzabile, e facilità di elaborazione, i QD colloidali sono materiali interessanti per le tecnologie LED. Nell'ultima decade, una vigorosa ricerca sui LED QD ha portato a notevoli miglioramenti nelle loro prestazioni, al punto in cui soddisfa quasi i requisiti per i prodotti commerciali. Una sfida eccezionale nel campo è il cosiddetto roll-off di efficienza (noto anche come "droop"), questo è, il calo di efficienza alle alte correnti.

"Questo problema di 'abbassamento' complica il raggiungimento dei livelli pratici di luminosità richiesti specialmente per le applicazioni di illuminazione, " ha detto Wan Ki Bae, un ricercatore post-dottorato nel team di nanotecnologie.

Conducendo studi spettroscopici su QD-LED operativi, i ricercatori di Los Alamos hanno stabilito che il principale fattore responsabile della riduzione dell'efficienza è un effetto chiamato ricombinazione Auger. In questo processo, invece di essere emesso come fotone, l'energia dalla ricombinazione di un elettrone e di una lacuna eccitati viene trasferita alla carica in eccesso e successivamente dissipata sotto forma di calore.

Un documento, "Controllare l'influenza della ricombinazione Auger sulle prestazioni dei diodi a emissione di luce a punti quantici" viene pubblicato il 25 ottobre in Comunicazioni sulla natura . Inoltre, un articolo di panoramica sul campo dei diodi emettitori di luce a punto quantico e in particolare sul ruolo degli effetti Auger è apparso a settembre Bollettino della società di ricerca sui materiali , Volume 38, Edizione 09, anche scritto da ricercatori del team di nanotecnologie di Los Alamos.

Questo lavoro non solo ha identificato il meccanismo per le perdite di efficienza nei LED QD, Klimov ha detto, ma ha anche dimostrato due diverse strategie di nanoingegneria per aggirare il problema nei LED QD basati su punti quantici luminosi costituiti da nuclei di seleniuro di cadmio ricoperti con gusci di solfuro di cadmio.

Il primo approccio è ridurre l'efficienza della ricombinazione Auger stessa, che può essere fatto incorporando un sottile strato di lega di solfuro di seleniuro di cadmio all'interfaccia nucleo/guscio di ciascun punto quantico.

L'altro approccio attacca il problema dello squilibrio di carica controllando meglio il flusso di elettroni extra nei punti stessi. Ciò può essere ottenuto rivestendo ogni punto con un sottile strato di solfuro di zinco cadmio, che impedisce selettivamente l'iniezione di elettroni. Secondo Jeffrey Pietryga, un chimico nel team di nanotecnologie, "Questa messa a punto delle correnti di iniezione di elettroni e lacune aiuta a mantenere i punti in uno stato neutro di carica e quindi impedisce l'attivazione della ricombinazione Auger".