量子点白光LED实现了记录效率

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2019-06-28

  研究人员已经展示了基于纳米材料的白光发光二极管(LED),其发光效率达到每瓦105流明。发光效率衡量光源使用功率产生光的程度。随着进一步发展,新型LED可以达到每瓦200流明以上的效率,使其成为家庭,办公室和电视的有前途的节能照明光源。

  “高效LED具有节约能源和的巨大潜力,”土耳其Ko大学研究负责人Sedat Nizamoglu说。“用效率为每瓦200流明的LED取代传统照明光源将使全球照明用电量减少一半以上。这一减少量相当于230个典型的500兆瓦燃煤电厂所产生的电力,并将减少温室气体排放2亿吨。“

  研究人员描述了他们如何在光学学会的高影响力研究期刊Optica中创造出高效率的白光LED 。新型LED采用市售的蓝色LED与柔性透镜相结合,填充了称为量子点的纳米级半导体颗粒溶液。来自蓝色LED的光使得量子点发射绿色和红色,其与蓝色发射结合以产生白光。

  “我们的新LED达到了比其他基于量子点的白光LED更高的效率水平,”Nizamoglu说。“用于制造量子点和新LED的合成和制造方法简单,便宜并适用于大规模生产。”

  为了使用今天的LED产生白光,通过在蓝色LED上添加淡荧光粉涂层来组合蓝光和黄光。因为磷光体具有宽的发射范围,从蓝色到红色,所以难以灵敏地调节所产生的白光的特性。

  与荧光粉不同,量子点产生纯色,因为它们仅在光谱的窄部分发光。这种窄发射使得通过将产生不同颜色的量子点与蓝色LED组合,可以创建具有精确色温和光学特性的高质量白光。量子点还具有易于制造的优点,并且通过增加半导体颗粒的尺寸可以容易地改变其发射的颜色。此外,通过改变掺入的量子点的浓度,量子点可以有利地用于产生暖白光源,如白炽灯泡或冷白源,如典型的荧光灯。

  虽然嵌入在薄膜中的量子点目前用于LED电视,但是这种照明方法不适合在普通照明应用中广泛使用。将量子点转移到液体中使研究人员能够克服纳米材料嵌入固体聚合物时出现的问题效率下降。

  制作高效的白光LED需要量子点,有效地将蓝光转换为红色或绿色。研究人员进行了300多次合成反应,以确定最佳条件,如温度和反应时间,以制造出不同颜色的量子点,同时展现出最佳效率。

  Nizamoglu说:“制造白光需要整合适量的量子点,即使实现了这一点,也会有无数的蓝色,绿色和红色组合可以导致白色。” “我们根据最近报道的理论方法开发了一种模拟方法,并用它来确定量子点颜色的适当数量和最佳组合,以实现高效的白光生成。”

  为了制造新的LED,研究人员在聚合物透镜和LED芯片之间填充了一个量子点溶液,通过在高温下混合镉,硒,锌和硫来合成。研究人员使用一种硅胶来制造镜片,因为它的弹性使它们能够将溶液注入镜片而不会有任何溶液泄漏,并且材料的透明度使得必要的光透射成为可能。

  研究人员表明,他们的液体白光LED的效率可以达到在固体薄膜中加入量子点的LED的效率的两倍。他们还展示了他们的白色LED,用它们7英寸的显示屏。

  “量子点对高效照明应用具有很大希望,”Nizamoglu说。“技术开发仍有很大空间,可以产生更有效的照明方法。”

  作为下一步,研究人员正在努力提高LED的效率,并希望使用无镉和无铅的环保材料达到高效率水平。他们还计划在不同条件下研究液态LED,以确保它们在长期应用中稳定。

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