Они имеют размер всего несколько нанометров и обладают огромным световым потенциалом: кремниевые нанокристаллы. Междисциплинарной группе ученых из KIT и Университета Торонто/Канада удалось создать светодиоды на основе кремния (SiLED). Они не содержат тяжелых металлов и могут излучать свет разных цветов. Команда химиков, материаловедов, наноученых и специалистов в области оптоэлектроники впервые представляет свою разработку в специализированном журнале «Нанописьма».
Кремний доминирует во всей отрасли микроэлектроники и фотогальваники, но долгое время считался непригодным для светодиодов. Однако в наноразмерах ситуация иная: крошечные нанокристаллы кремния, безусловно, можно использовать для получения света. Эти нанокристаллы состоят всего от нескольких сотен до тысячи атомов и обладают значительным потенциалом в качестве высокоэффективных излучателей света. Демонстрировал Озин из университета Торонто. В рамках совместного проекта ученым удалось получить высокоэффективные светодиоды из кремниевых нанокристаллов.
Красочный и долговечный
До сих пор производство кремниевых светодиодов фактически ограничивалось красным видимым спектральным диапазоном и ближним инфракрасным диапазоном. Исследователи из Карлсруэ уже являются мировыми лидерами в области эффективности кремниевых светодиодов, излучающих красный свет. «Абсолютной новинкой, однако, является контролируемое производство светоизлучающих диодов, которые излучают свет самых разных цветов», - объясняет Флориан Майер-Флейг, научный сотрудник Института световых технологий (LTI) КИТ и докторант Школа оптики и фотоники Карлсруэ (KSOP). Выборочно разделяя наночастицы в зависимости от их размера, ученые KIT теперь могут специально регулировать цвет излучения светодиодов.
«Кроме того, наши светодиоды демонстрируют поразительную долговременную стабильность, недостижимую ранее», - сообщает Майер-Флейг. Повышенный срок службы компонентов в эксплуатации обусловлен использованием наночастиц только одного размера. В результате чувствительные тонкопленочные компоненты служат дольше. Таким образом можно избежать коротких замыканий, вызванных, например, крупными частицами.
Чрезвычайно однородный
Разработка исследователей из Карлсруэ и Торонто также характеризуется впечатляющей однородностью светящихся поверхностей. Исследователи KIT - одна из немногих команд в мире, обладающих соответствующим производственным опытом. «Благодаря жидкостным кремниевым светодиодам, которые потенциально можно производить в больших масштабах и недорого, сообщество наночастиц выходит на новую территорию, потенциал которой сегодня трудно оценить. Однако, по-видимому, учебники по полупроводниковым компонентам придется переписать», - говорит Джеффри А. Озин, который в настоящее время также является заслуженным научным сотрудником KIT в Центре функциональных наноструктур (CFN) KIT.
Еще одним преимуществом SiLED является то, что они не содержат тяжелых металлов. В отличие от селенида кадмия, сульфида кадмия или сульфида свинца, используемых другими исследовательскими группами, кремний не токсичен в качестве исходного материала для светоизлучающих наночастиц. Кремний также недорог и в изобилии доступен на Земле. Благодаря многочисленным преимуществам исследователи продолжат разработку SiLED в сотрудничестве с другими партнерами.