(Phys.org) — Des avancées spectaculaires dans le domaine des diodes électroluminescentes à points quantiques (QD-LED) pourraient provenir des travaux récents de l'équipe de nanotechnologie et de spectroscopie avancée du Laboratoire national de Los Alamos.

Les points quantiques sont des particules semi-conductrices de taille nanométrique dont la couleur d'émission peut être réglée en changeant simplement leurs dimensions. Ils présentent des rendements quantiques d'émission proches de l'unité et des bandes d'émission étroites, qui se traduisent par une excellente pureté des couleurs. La nouvelle recherche vise à améliorer les QD-LED en utilisant une nouvelle génération de points quantiques conçus spécifiquement pour réduire les interactions inutiles entre les porteurs de charge et la production de lumière.

"Les QD-LED peuvent potentiellement offrir de nombreux avantages par rapport aux technologies d'éclairage standard, comme les ampoules à incandescence, en particulier dans les domaines de l'efficacité, la durée de vie et la qualité des couleurs de la lumière émise, " a déclaré Victor Klimov de Los Alamos.

Ampoules incandescentes, connu pour convertir seulement 10 pour cent de l'énergie électrique en lumière et en perdre 90 pour cent en chaleur, sont rapidement remplacés dans le monde entier par des sources lumineuses fluorescentes moins coûteuses. Cependant, l'approche la plus efficace de l'éclairage est la conversion directe de l'électricité en lumière à l'aide de dispositifs électroluminescents tels que les LED.

En raison de l'étroitesse spectrale, émission réglable, et facilité de traitement, Les QD colloïdaux sont des matériaux intéressants pour les technologies LED. Au cours de la dernière décennie, des recherches vigoureuses sur les QD-LED ont conduit à des améliorations spectaculaires de leurs performances, au point où il répond presque aux exigences des produits commerciaux. Un défi remarquable sur le terrain est ce que l'on appelle l'efficacité roll-off (connue également sous le nom de "statisme"), C'est, la baisse de rendement à des courants élevés.

"Ce problème de 'statisme' complique l'obtention des niveaux pratiques de luminosité requis en particulier pour les applications d'éclairage, " dit Wan Ki Bae, chercheur postdoctoral dans l'équipe nanotech.

En réalisant des études spectroscopiques sur des QD-LED opérationnelles, les chercheurs de Los Alamos ont établi que le principal facteur responsable de la réduction de l'efficacité est un effet appelé recombinaison Auger. Dans ce processus, au lieu d'être émis sous forme de photon, l'énergie de la recombinaison d'un électron excité et d'un trou est transférée à la charge en excès et ensuite dissipée sous forme de chaleur.

Un document, "Contrôler l'influence de la recombinaison Auger sur les performances des diodes électroluminescentes à points quantiques" est publié le 25 octobre dans Communication Nature . En outre, un article de synthèse sur le domaine des diodes électroluminescentes à points quantiques et plus précisément sur le rôle des effets Auger est paru dans le numéro de septembre Bulletin de la Société de recherche sur les matériaux , Tome 38, Numéro 09, également rédigé par des chercheurs de l'équipe nanotech de Los Alamos.

Non seulement ce travail a identifié le mécanisme des pertes d'efficacité dans les QD-LED, Klimov a dit, mais il a également démontré deux stratégies de nano-ingénierie différentes pour contourner le problème dans les QD-LED basées sur des points quantiques brillants constitués de noyaux de séléniure de cadmium recouverts de coques de sulfure de cadmium.

La première approche consiste à réduire l'efficacité de la recombinaison Auger elle-même, ce qui peut être fait en incorporant une fine couche d'alliage de sulfure de séléniure de cadmium à l'interface noyau/enveloppe de chaque boîte quantique.

L'autre approche s'attaque au problème du déséquilibre de charge en contrôlant mieux le flux d'électrons supplémentaires dans les points eux-mêmes. Ceci peut être accompli en recouvrant chaque point d'une fine couche de sulfure de zinc et de cadmium, qui empêche sélectivement l'injection d'électrons. Selon Jeffrey Pietryga, un chimiste dans l'équipe nanotech, "Ce réglage fin des courants d'injection d'électrons et de trous aide à maintenir les points dans un état de charge neutre et empêche ainsi l'activation de la recombinaison Auger."