Ein Forschungsteam der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Hong Kong University of Science and Technology hat bedeutende Fortschritte auf dem Gebiet der Quantenstab-Leuchtdioden (QR-LEDs) erzielt. Ihre rote QR-LED erreichte eine maximale externe Quanteneffizienz (EQE) von 31 % und eine maximale Helligkeit von über 110.000 cd/m² und brach damit den Rekord für vergleichbare Forschung. Diese in der Fachzeitschrift *Advanced Materials* veröffentlichte Leistung eröffnet neue Wege für Display- und Beleuchtungstechnologien der nächsten Generation und dürfte das visuelle Erlebnis von Geräten wie Smartphones und Fernsehern verbessern.

In der traditionellen Leuchtdiodentechnologie (LED) sind Quantenpunkt-LEDs (QD-LEDs) für ihre hohe Farbreinheit bekannt, doch ihre begrenzte Lichtausbeute behindert weitere Leistungsverbesserungen. Quantenstäbe, das Kernmaterial von Quantenpunkt-LEDs (QR-LEDs), besitzen aufgrund ihrer länglichen, anisotropen Struktur, die die Lichtemissionsrichtung optimiert, das theoretische Potenzial für eine höhere Effizienz. Allerdings stehen Quantenstäbe vor zwei großen technischen Herausforderungen: einer geringen Photolumineszenz-Quantenausbeute und einem hohen Leckstrom aufgrund mangelhafter Filmqualität. Dem Forschungsteam gelang es, den Syntheseprozess zu verbessern und grüne sowie rote Quantenstäbe mit einer Quantenausbeute von bis zu 92 % herzustellen. Dabei wurden eine gleichmäßige Größenverteilung und eine präzise Formkontrolle erreicht, wodurch die Grundlage für die Optimierung der Leistung von Quantenpunkt-LEDs geschaffen wurde.

Um das Problem des Leckstroms zu lösen, entwickelte das Team ein Ersatzschaltbildmodell, das den negativen Einfluss des Leckstroms auf die optische Kopplungseffizienz in herkömmlichen Strukturen aufzeigte. Basierend auf der Modellanalyse modifizierte das Team die Struktur des QR-LED-Bauelements gezielt und erzielte so einen doppelten Durchbruch durch die Verbesserung des Ladungsträger-Injektionsgleichgewichts und die Unterdrückung des Leckstroms. Experimente bestätigten, dass die optimierte rote QR-LED nicht nur die Effizienz deutlich verbesserte, sondern dass auch das grüne Quantenstab-Bauelement in punktförmiger Form einen maximalen externen Quantenwirkungsgrad (EQE) von 20,2 % und eine Helligkeit von 250.000 cd/m² erreichte. Dies demonstriert die universelle Anwendbarkeit der technischen Strategie.

Professor Srivastava, der korrespondierende Autor der Studie, wies darauf hin: „Optimierungsmethoden für QD-LEDs sind für längliche Quantenstäbe ungeeignet, da deren Form zu zahlreichen Nadellöchern in der Leuchtschicht und damit zu einem hohen Leckstrom führt. Durch die Verbesserung der Bauelementstruktur konnten wir das Qualitätsproblem lösen und die grundlegenden Vorteile von Quantenstäben gegenüber Quantenpunkten bestätigen.“ Diese Entdeckung liefert eine theoretische Grundlage für die Forschung an anisotropen Nanokristallen und beschleunigt deren Kommerzialisierung.

Weitere Informationen: Zebing Liao et al., „Inverter Device Engineering for High-Efficiency, High-Brightness Quantum Rod LEDs“, *Advanced Materials* (2025). Zeitschrifteninformationen: *Advanced Materials*