《科學(xué)》雜志上的一篇新論文概述了近三十年來對膠體量子點的研究，評估了這些納米尺寸半導(dǎo)體物質(zhì)的技術(shù)進展，并權(quán)衡了這一前景廣闊的技術(shù)在廣泛商業(yè)化的道路上所面臨的挑戰(zhàn)，該技術(shù)將應(yīng)用于從電視到高效陽光收集器的所有領(lǐng)域。
《科學(xué)》雜志文章中描述的許多進展都起源于洛斯阿拉莫斯實驗室，包括膠體量子點激光的首次演示、載流子倍增的發(fā)現(xiàn)、對量子點發(fā)光二極管 ( LEDs ) 和發(fā)光太陽能聚光器的開創(chuàng)性研究，以及最近對單點量子發(fā)射器的研究。
利用現(xiàn)代膠體化學(xué)，量子點的尺寸和內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以用接近原子的精度操縱，這允許高度精確地控制它們的物理性質(zhì)，從而控制在實際設(shè)備的行為。
在膠體量子點的實際應(yīng)用中，一些正在進行的努力已經(jīng)開發(fā)出了其發(fā)射顏色的尺寸可控可調(diào)性和接近理想的 100% 極限的高發(fā)射量子產(chǎn)率。這些特性對屏幕顯示和照明技術(shù)很有吸引力，在這些技術(shù)中量子點被用作顏色轉(zhuǎn)換熒光粉。與現(xiàn)有的熒光粉材料相比，由于其窄帶、光譜可調(diào)的發(fā)射，量子點允許提高顏色純度和更完整的覆蓋整個顏色空間。其中一些設(shè)備，如量子點電視，已經(jīng)達到技術(shù)成熟，并可在商業(yè)市場上使用。
下一個前沿是制造技術(shù)可行的 Led，由電驅(qū)動的量子點提供動力。《科學(xué)》評論描述了實現(xiàn)這些設(shè)備的各種方法，并討論了現(xiàn)有的挑戰(zhàn)。量子 Led 已經(jīng)達到了令人印象深刻的亮度和近乎理想的效率，接近理論定義的極限。這一進展的主要推動力是對性能限制因素 ( 如無輻射俄歇復(fù)合 ) 的不斷了解。
文章還討論了可解決的量子點激光器的現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)。
制造這些激光器將有利于一系列技術(shù)，包括集成光子電路、光通信、芯片實驗室平臺、可穿戴設(shè)備和醫(yī)療診斷。
洛斯阿拉莫斯實驗室的研究人員在這一領(lǐng)域取得了關(guān)鍵進展，包括闡明了膠體納米結(jié)構(gòu)中的光放大機制，以及首次演示了使用這些材料的激光效應(yīng)。
量子點在太陽能收集和光傳感技術(shù)方面也有很大的潛在用途。由于它們的帶隙可調(diào)，可以被設(shè)計成特定波長范圍的目標，這對于實現(xiàn)廉價的紅外光譜范圍的光電探測器特別有吸引力。在太陽能技術(shù)領(lǐng)域，膠體量子點已被開發(fā)為太陽能電池和發(fā)光太陽能收集器的活性元素。
在光伏 ( PV ) 的情況下，量子點方法可以用來實現(xiàn)新一代廉價的薄膜光伏器件，通過可擴展的基于解決方案的技術(shù)，如滾 - 滾加工。此外，它們還可以從概念上實現(xiàn)新的光轉(zhuǎn)換方案，這種方案來源于超小 " 量子限制 " 膠體粒子特有的物理過程。其中一個過程，載流子倍增，通過吸收一個光子產(chǎn)生多個電子 - 空穴對。2004 年，洛斯阿拉莫斯的研究人員首次報道了這一過程，在 PV 和太陽光化學(xué)應(yīng)用的背景下，這一過程一直是激烈研究的主題。
洛斯阿拉莫斯的研究人員在 LSC 領(lǐng)域取得了許多重要進展，包括開發(fā)解決光自吸收問題的實用方法，以及開發(fā)高效的雙層 ( 串聯(lián) ) 器件。包括實驗室附屬公司 UbiQD Inc. 在內(nèi)的幾家初創(chuàng)企業(yè)一直在積極尋求量子點 LSC 技術(shù)的商業(yè)化。
論文來源：
https://science.sciencemag.org/content/373/6555/eaaz8541
