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《科学》发表半导体量子点综述研究,将应用于电视、光伏等多个领域

前瞻网    2021-08-08 17:00

 

《科学》发表半导体量子点综述研究,将应用于电视、光伏等多个领域

《科学》杂志上的一篇新论文概述了近三十年来对胶体量子点的研究,评估了这些纳米尺寸半导体物质的技术进展,并权衡了这一前景广阔的技术在广泛商业化的道路上所面临的挑战,该技术将应用于从电视到高效阳光收集器的所有领域。

《科学》杂志文章中描述的许多进展都起源于洛斯阿拉莫斯实验室,包括胶体量子点激光的首次演示、载流子倍增的发现、对量子点发光二极管(LEDs)和发光太阳能聚光器的开创性研究,以及最近对单点量子发射器的研究。

利用现代胶体化学,量子点的尺寸和内部结构可以用接近原子的精度操纵,这允许高度精确地控制它们的物理性质,从而控制在实际设备的行为。

在胶体量子点的实际应用中,一些正在进行的努力已经开发出了其发射颜色的尺寸可控可调性和接近理想的100%极限的高发射量子产率。这些特性对屏幕显示和照明技术很有吸引力,在这些技术中量子点被用作颜色转换荧光粉。与现有的荧光粉材料相比,由于其窄带、光谱可调的发射,量子点允许提高颜色纯度和更完整的覆盖整个颜色空间。其中一些设备,如量子点电视,已经达到技术成熟,并可在商业市场上使用。

下一个前沿是制造技术可行的Led,由电驱动的量子点提供动力。《科学》评论描述了实现这些设备的各种方法,并讨论了现有的挑战。量子Led已经达到了令人印象深刻的亮度和近乎理想的效率,接近理论定义的极限。这一进展的主要推动力是对性能限制因素(如无辐射俄歇复合)的不断了解。

文章还讨论了可解决的量子点激光器的现状和面临的挑战。

制造这些激光器将有利于一系列技术,包括集成光子电路、光通信、芯片实验室平台、可穿戴设备和医疗诊断。

洛斯阿拉莫斯实验室的研究人员在这一领域取得了关键进展,包括阐明了胶体纳米结构中的光放大机制,以及首次演示了使用这些材料的激光效应。

量子点在太阳能收集和光传感技术方面也有很大的潜在用途。由于它们的带隙可调,可以被设计成特定波长范围的目标,这对于实现廉价的红外光谱范围的光电探测器特别有吸引力。在太阳能技术领域,胶体量子点已被开发为太阳能电池和发光太阳能收集器的活性元素。

在光伏(PV)的情况下,量子点方法可以用来实现新一代廉价的薄膜光伏器件,通过可扩展的基于解决方案的技术,如滚-滚加工。此外,它们还可以从概念上实现新的光转换方案,这种方案来源于超小“量子限制”胶体粒子特有的物理过程。其中一个过程,载流子倍增,通过吸收一个光子产生多个电子-空穴对。2004年,洛斯阿拉莫斯的研究人员首次报道了这一过程,在PV和太阳光化学应用的背景下,这一过程一直是激烈研究的主题。

洛斯阿拉莫斯的研究人员在LSC领域取得了许多重要进展,包括开发解决光自吸收问题的实用方法,以及开发高效的双层(串联)器件。包括实验室附属公司UbiQD Inc.在内的几家初创企业一直在积极寻求量子点LSC技术的商业化。

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