美国科学家重新审视LED效率―低温下内量子效率反而更低

新研究表明，LED在低温下的内部量子效率可低至27.5%

效率是我们可持续发展的关键。例如，与非固态照明相比，向固态照明（SSL）的过渡减少了约25%的照明相关能源需求和温室气体排放。然而，由于人口增长和住房面积的增加，未来五十年内，家庭照明的平均能耗将增加两倍。

加速向节能照明的过渡是改善全球经济和气候条件的一项重要举措。要达到美国能源部 SSL 2035 目标不仅需要创新的进步，还需要质疑现有的假设，否则这些假设可能会蒙蔽人。

内部量子效率（定义为有源区域内产生的光子与注入的电子之比）是量化LED性能的一个重要指标。内部量子效率（IQE）不仅设定了效率上限，还有助于提取二级指标，例如光提取效率（LEE）和注入效率（IE）。

量化发射器IQE最广泛使用的方法是通过取决于温度的光致发光。该方法假设在低温下（即4K或10K）辐射复合为100%。现在，伊利诺伊大学Urbana-Champaign分校的Can Bayram及其同事在Appl. Phys. Lett. 122,091101 （2023）的一篇新论文中对这一假设提出了质疑。

在论文中，他们报告了一种揭示基于InGaN的LED的低温绝对内部量子效率的方法，并取得了令人惊讶的结果。

通过一个基于通道的重组模型，研究人员量化了缺陷发光带的负热淬灭，以确定绝对尺度上的低温内部量子效率。他们报告说，传统蓝宝石和新兴硅（111）上的通用蓝色LED的绝对内部量子效率分别低至27.5%和71.1%，远非假设的100%。（上图显示了新兴Si（111）上的通用蓝色LED的绝对内部量子效率）。

鉴于当今对用于下一代固态照明、微型LED AR / VR和集成光子学的高效III-氮化物基LED的兴趣，Bayram及其同事表示，对LED二极管晶圆效率的错误测量可能导致对材料质量（例如缺陷密度）和堆栈设计（例如量子阱和层厚度）之影响的错误描述，以及对光提取和注入效率的不准确理解。