p (Phys.org) - Avanços dramáticos no campo de diodos emissores de luz de pontos quânticos (QD-LEDs) podem vir de um trabalho recente da equipe de Nanotecnologia e Espectroscopia Avançada do Laboratório Nacional de Los Alamos. p Os pontos quânticos são partículas semicondutoras de tamanho nano cuja cor de emissão pode ser ajustada simplesmente mudando suas dimensões. Eles apresentam rendimentos quânticos de emissão próximos da unidade e bandas de emissão estreitas, que resultam em excelente pureza da cor. A nova pesquisa tem como objetivo melhorar os QD-LEDs usando uma nova geração de pontos quânticos projetados especificamente para reduzir o desperdício de interações portadoras de carga que competem com a produção de luz.

p "QD-LEDs podem oferecer muitas vantagens sobre as tecnologias de iluminação padrão, como lâmpadas incandescentes, especialmente nas áreas de eficiência, vida útil operacional e a qualidade da cor da luz emitida, "disse Victor Klimov de Los Alamos.

p Lâmpadas incandescentes, conhecido por converter apenas 10 por cento da energia elétrica em luz e perder 90 por cento dela em calor, estão sendo rapidamente substituídos em todo o mundo por fontes de luz fluorescente com menos desperdício. Contudo, a abordagem mais eficiente para iluminação é a conversão direta de eletricidade em luz usando dispositivos eletroluminescentes, como LEDs.

p Devido a espectralmente estreito, emissão sintonizável, e facilidade de processamento, QDs coloidais são materiais atraentes para tecnologias LED. Na última década, pesquisa vigorosa em QD-LEDs levou a melhorias dramáticas em seu desempenho, ao ponto em que quase atende aos requisitos para produtos comerciais. Um grande desafio no campo é o chamado roll-off de eficiência (também conhecido como "droop"), isso é, a queda na eficiência em altas correntes.

p "Este problema de 'queda' complica a obtenção de níveis práticos de brilho necessários especialmente para aplicações de iluminação, "disse Wan Ki Bae, um pesquisador de pós-doutorado na equipe de nanotecnologia.

p Ao realizar estudos espectroscópicos em QD-LEDs operacionais, os pesquisadores de Los Alamos estabeleceram que o principal fator responsável pela redução da eficiência é um efeito denominado recombinação Auger. Nesse processo, em vez de ser emitido como um fóton, a energia da recombinação de um elétron excitado e um buraco é transferida para o excesso de carga e, subsequentemente, dissipada como calor.

p Um papel, "Controlando a influência da recombinação Auger no desempenho dos diodos emissores de luz de pontos quânticos" está sendo publicado em 25 de outubro em Nature Communications . Além disso, um artigo de visão geral no campo dos diodos emissores de luz de pontos quânticos e, especificamente, o papel dos efeitos Auger apareceu em setembro Boletim da Sociedade de Pesquisa de Materiais , Volume 38, Edição 09, também de autoria de pesquisadores da equipe de nanotecnologia de Los Alamos.

p Este trabalho não apenas identificou o mecanismo para perdas de eficiência em QD-LEDs, Klimov disse, mas também demonstrou duas estratégias diferentes de nanoengenharia para contornar o problema em QD-LEDs com base em pontos quânticos brilhantes feitos de núcleos de seleneto de cádmio revestidos com conchas de sulfeto de cádmio.

p A primeira abordagem é reduzir a eficiência da própria recombinação Auger, o que pode ser feito incorporando uma fina camada de liga de sulfeto de seleneto de cádmio na interface núcleo / casca de cada ponto quântico.

p A outra abordagem ataca o problema do desequilíbrio de carga, controlando melhor o fluxo de elétrons extras nos próprios pontos. Isso pode ser feito revestindo cada ponto com uma fina camada de sulfeto de zinco-cádmio, que impede seletivamente a injeção de elétrons. De acordo com Jeffrey Pietryga, um químico da equipe de nanotecnologia, "Este ajuste fino das correntes de injeção de elétrons e lacunas ajuda a manter os pontos em um estado de carga neutra e, portanto, evita a ativação da recombinação Auger."