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膠體量子點令LED在紅外光中更加耀眼

2018-12-10    

中國照明網報道

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導語: 據麥姆斯咨詢報道,來自巴塞羅那光電科學研究所ICFO的小組發布了一種由紅外膠體量子點(CQD)組成的納米復合系統。

  理想的半導體光電材料應該具有優秀的光發射性能,并且是有效的電荷導體,才能對器件進行電荷注入。當滿足這兩個條件時,可以得到高效率的LED以及接近肖克利-奎伊瑟極限(Shockley-Queisser limit)的太陽能電池。到目前為止,最滿足這些條件的材料是基于需要外延生長的三五族(III-V)半導體,價格昂貴且不能與CMOS電子器件單片集成。

  據麥姆斯咨詢報道,來自巴塞羅那光電科學研究所ICFO的小組發布了一種由紅外膠體量子點(CQD)組成的納米復合系統。這套系統能滿足上述要求,同時成本低、易與CMOS集成。CQD是尺寸小到幾納米的半導體顆?;蚓w,因此具有獨特的光學和電子特性。CQD是極好的吸收器和光發射器,特性隨尺寸和形狀而變化:較小的量子點在藍光范圍發光,而較大的量子點在紅光范圍發光。

膠體量子點令LED在紅外光中更加耀眼

  論文第一作者Santanu Pradhan博士向ICFO研究小組組長、ICREA研究所教授Gerasimos Konstantatos解釋實驗結果

  CQD LED的應用促成了第三代溶液可處理的無機太陽能電池。這些納米晶體在短波和中紅外光學傳感裝置中具有廣泛的應用,包括監視、夜視、環境監測和光譜學。

  最近《自然納米技術》(Nature Nanotechnology)雜志發表了這項研究,由ICFO的ICREA教授 Gerasimos Konstantatos領導,Santanu Padhan、Francesco Di Stasio、Yu Bi、Shuchi Gupta、Sotirios Christodoulou和Alexandros Stavrinadis組成的小組開發了具有創新意義的紅外CQD LED。在紅外光范圍內,外量子效率(EQE)為7.9%,功率轉換效率為9.3%,超越了歷史上任何一套此類裝置的性能。

  這項工作的主要特點是利用超晶體設計CQD復合結構,以達到前所未有低的電子缺陷密度。由于基于CQD表面的化學鈍化不能解決PbS量子點(QD)的問題,過去一直在為抑制CQD固體中的電子缺陷而努力。ICFO的研究人員采取了另一種方法,他們創建了能嵌入QD發射的矩陣,為CQD發射極提供遠程電子鈍化劑。此外,為了促進有效的電荷匯集到QD發射極,達到有效的電子注入,對矩陣進行了精心設計。

  有了這套新型設備,研究人員構建的太陽能電池可在紅外光范圍內測試性能。他們發現這些納米復合材料發生了有效鈍化,隨著電子態密度的調制,太陽能電池提供的開路電壓非常接近理論極限。太陽能電池提供的開路電壓(VOC)的最大電壓,單個QD配置可達0.4 V,三個QD混合配置可增加到~ 0.7V,太陽能電池的能帶可低至驚人的~0.9 eV。

  研究人員Gerasimos Konstantatos說:“這項研究最令人驚訝的發現是在點狀表面產生的化學缺陷導電QD材料系統可以實現極低的電子陷阱密度。采用鈍化的方式幫助LED實現了非常高的量子效率。另一個令人興奮的結果是QD太陽能電池有可能達到如此高的VOC值,這要歸功于極低的陷阱密度以及半導體薄膜態密度的創新工程方法?!?/p>

  該研究的第一作者Santanu Pradhan補充道,“下一步我們將集中于如何進一步與其他手段協同利用這種降低電子態密度的方法,以便同時實現高VOC和電流的產生,從而實現太陽能電池器件記錄功率轉換效率的特性?!?/p>

  研究結果表明,納米級QCD紅外發光LED集成到太陽能電池可以顯著提高LED在紅外光譜范圍內的性能效率。目前取得的成果開辟了一條通向有待充分利用光譜的道路,并提供了驚人的新應用,例如用于食品檢驗、環境監測、制造過程監控的片上光譜儀以及用于生物醫學或夜視領域的主動成像系統。

編輯:嚴志祥

來源:微迷網

標簽:膠體量子點  紅外光  

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