LED追蹤效率下降的來源

伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校修改了發(fā)光二極管 （LED） 的 ABC 模型，以便能夠提取內(nèi)部量子效率 （IQE），從而評估了降低 LED 性能的各種影響 [P. Thirasuntrakul， Appl. Phys. Lett.， v126， p211103， 2025]。

ABC 模型是指一個理論假設，即 LED 中的載流子復合速率可以表示為載流子濃度 （n） 中的簡單冪級數(shù)：An+Bn2+中文3.ABC 系數(shù)分別大致分別與

• Shockley-Read-Hall 重組，

• 電子-空穴復合成光子，產(chǎn)生我們想要的 LED 光，以及

• 俄歇-邁特納復合，其中三個載流子相互作用，其中兩個載流子重新組合的能量由第三個載流子而不是光子攜帶。

分離并不像建議的那么干凈。用于制造藍光和綠光 LED 的氮化銦鎵 （InGaN） 系統(tǒng)具有電荷極化的化學鍵，可將自發(fā)和應變依賴性電場引入多個量子阱結(jié)構(gòu)。這些字段會對效率產(chǎn)生不利影響，使分析復雜化。隨著銦含量的增加，發(fā)射波長的延長，偏振效應變得更差。

研究人員報告說：“研究發(fā)現(xiàn)，在商用綠光 LED 中，固有的 Auger-Meitner 復合誘導的下降約占總效率下降的 49%，而偏振誘導效應約占 35%，熱下降占近 16%。這些發(fā)現(xiàn)表明，為了消除綠色差距，分別尋找具有低固有 Auger-Meitner 系數(shù)和極化場的材料和器件設計至關(guān)重要。

希望通過混合來自平衡 LED 的紅、綠和藍光 （RGB） 來提高固態(tài)照明的效率，但“綠色間隙”是實現(xiàn)這一目標的障礙。該團隊指出：“目前綠光 LED 電光轉(zhuǎn)換效率 （WPE） 在 100A/cm 時為 19%2.為了實現(xiàn)能源部 （DOE） 到 2035 年減少 1.96 億公噸碳排放量的目標，已為綠色 LED 設定了 55% 的 WPE 目標。要實現(xiàn)這一目標，需要探索 InGaN 綠光 LED 中的效率下降因素。

圖 1：綠光 LED 效率與電流密度的函數(shù)關(guān)系。關(guān)鍵：黑色圓圈，使用光電模型 （OEM） 計算的內(nèi)部量子效率 （IQE）;藍色三角形，脈沖電流下的 IQE;紅色方塊，恒流下的 IQE;以及綠色的倒三角形;恒流下的外部量子效率 （EQE）;實驗確定的曲線，實線;模型派生曲線，虛線。

研究人員使用來自 Cree XLAMP XP-E2 InGaN 綠色 LED 的數(shù)據(jù)，在 25°C 加熱臺上運行鏡頭，估計了各種因素對改進的“ABC”模型下垂效應的貢獻（圖 1）。在 75A/cm2電流密度，研究人員估計固有的 Auger-Meitner 復合占下降 22%，電荷極化效應占 15.7%，熱效應占 7.5%，光提取占 10.3%。俄歇極化熱效應構(gòu)成了“效率下降”，因此這些對效率下降的貢獻估計分別占總數(shù)的 48.7%、34.7% 和 16.6%。

圖 2：逆歸一化 EQE （η電磁/ηE） 作為 P 的函數(shù)規(guī)范1/2+ P規(guī)范?1/2.

未修改的 ABC 模型給出了逆 EQE （1/ηE） 和在積分球中測得的光輸出功率的平方根的組合（圖 2），兩者均歸一化為最大值。圖 2 中圖表的點 （2,1） 表示 EQE 的最大值，其中 P規(guī)范= 1 和 ηE= η電磁.線性關(guān)系在低電流側(cè)（即在達到最大 EQE 之前）保持良好，但在高電流（在下垂區(qū)域）時，曲線變得非線性，當注入恒定而不是脈沖時更是如此。脈沖測量通常用于減少對效率的熱影響。

變量 y = （η 中的線性方程電磁/ηE） 和 x = P規(guī)范1/2+ P規(guī)范?1/2是 y = η我（1 + x/Q），其中 η我是內(nèi)部量子效率 （IQE），Q 是品質(zhì)因數(shù)。IQE 可以從線性低電流數(shù)據(jù)中提取為 81.8%。

研究人員使用拉曼光譜來評估電流注入引起的結(jié)溫變化。假設溫度相對于光功率呈典型的指數(shù)下降，研究人員可以推斷回沒有熱效應的輸出功率 （POEM代工).The IQEOEM代工在這個光-電-熱模型 （OETM） 上，可以使用這些功率值計算，就像具有恒定和脈沖作的 IQE 一樣。