Эффективность светодиодов на квантовых точках подошла к теоретическому максимуму

Светодиоды на квантовых точках (Quantum dot LED, QLED) это новая технология для создания высококачественных экранов телевизоров, цифровых камер и смартфонов. В ней разработчиков больше всего привлекает узкая полоса излучения и простота настройки — изменение размера квантовой точки меняет и длину волны излучаемого света. Кроме того, QLED, в состав которых входят как органические, так и неорганические компоненты, в перспективе смогут работать дольше, чем полностью органические светодиоды OLED.

До сих пор, однако, по эффективности излучения QLED значительно уступали OLED. Поэтому, большой интерес представляет достижение ученых фирмы QD Vision и Массачусетского технологического института (MIT), которым удалось более чем вдвое — с 8 до 18% — увеличить показатель внешней квантовой эффективности QLED. Таким образом, они вплотную приблизились к теоретическому пределу для всех планарных тонкопленочных светодиодов, равному 20%.

Статья, повествующая об их работе, появилась в свежем выпуске Nature Photonics.

Обычный QLED имеет трехслойную структуру. Внутренний слой содержит квантовые точки, первый наружный слой служит для переноса электронов и второй — для транспорта дырок. Под действием электрического поля электроны и дырки перемещаются с внешних слоев вовнутрь, где они захватываются квантовыми точками и рекомбинируют, излучая фотоны (по одному на каждую пару).

Как объясняется в статье, исследователи оптимизировали структуру QLED применив слой 6-нанометровых квантовых точек из селенида кадмия (с высоким выходом электролюминисценции) и электронный транспортный слой из нанокристаллов ZnO.

В экспериментах использовались четыре версии QLED — с толщиной пленки квантовых точек 15, 30, 45 и 60 нм. Как оказалось, даже небольшие вариации толщины приводили к скачку в производительности QLED. Наилучший результат (18% внешней и 90% — внутренней эффективности) получен для красного светодиода с 45-нанометровым слоем квантовых точек при напряжении питания всего 1,5 В.

Предложенное учеными объяснение этой зависимости опирается на последние успехи в изучении квантовых точек. Оно включает сверхбыстрый перенос заряда, благодаря которому квантовые точки быстро возвращаются в нейтральное состояние, и хорошую согласованность энергетических уровней квантовых точек и слоев ввода зарядов.

Очередной задачей после повышения эффективности QLED станет увеличение надежности их функционирования. Современные прототипы имеют срок жизни достаточный только для некоторых нишевых приложений, но не для массового рынка в целом.