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Aug 05, 2023

Puntos cuánticos desatados: siempre

por el Dr. Xiaoxi He, director de investigación de IDTechEx Los puntos cuánticos (QD) son nanocristales semiconductores que varían de 2 a 10 nanómetros (de 10 a 50 átomos) con características de tamaño ajustable. Exhiben confinamiento cuántico

por el Dr. Xiaoxi He, director de investigación de IDTechEx

Los puntos cuánticos (QD) son nanocristales semiconductores que varían de 2 a 10 nanómetros (de 10 a 50 átomos) con características de tamaño ajustable. Exhiben efectos de confinamiento cuántico debido a sus dimensiones a nanoescala, lo que da lugar a características ópticas y eléctricas notables. Las características de los puntos cuánticos se pueden ajustar según el tamaño, el material y la composición de las partículas. Los materiales QD, como los QD basados ​​en Cd, In, PbS, perovskitas, así como los QD emergentes de CuInS2, InAs y ZnTeSe, tienen espectros de banda prohibida y, por lo tanto, de absorción y emisión variados. Esta capacidad de ajuste ha dado como resultado un importante potencial de aplicación de los puntos cuánticos, especialmente en pantallas, sensores de imagen, energía fotovoltaica, iluminación y otros casos de uso.

Desde que se descubrieron por primera vez en 1980, los QD han demostrado un inmenso potencial en la transformación de tecnologías de visualización, sensores de imagen, fotovoltaica, iluminación y películas de invernadero con productos comerciales.

El nuevo informe, “Materiales y tecnologías Quantum Dot 2024-2034: tendencias, mercados, aplicaciones”, proporciona la hoja de ruta tecnológica de IDTechEx considerando cómo la combinación de tecnologías en diversas aplicaciones se transformará con el tiempo.

En la tecnología de visualización, los QD se han utilizado ampliamente como componente que mejora el color y ofrece una gama de colores más amplia, mayor precisión del color y mayor brillo en comparación con una pantalla de cristal líquido (LCD) tradicional. La propiedad fotoluminiscente única de emitir longitudes de onda de luz específicas tras la excitación permite a los QD convertir la luz azul de los LED en rojo y verde puros, logrando así una paleta de colores más extensa y precisa.

En el informe se examina la evolución de los enfoques de integración QD en pantallas, destacando el predominio de la adopción del tipo película sobre la obsoleta óptica de borde. Sin embargo, los enfoques emergentes, como los filtros de color QD para OLED y micro-LED (μLED) o de tipo en chip, están ganando impulso, facilitados por los avances en materiales y la mejora de las técnicas de fabricación, que eventualmente podrían superar al tipo de película. Además, este análisis reconoce los QD como el material emisivo definitivo para pantallas, seguimiento de la eficiencia y mejoras en la vida útil, al tiempo que profundiza en los desafíos persistentes relacionados con el rendimiento, la vida útil, la deposición/patrones y el diseño del dispositivo.

Los QD de sulfuro de plomo ofrecen la ventaja de la capacidad de sintonización en un amplio espectro de longitudes de onda, lo que los hace adecuados para aplicaciones de detección de infrarrojo cercano (NIR) o infrarrojo de onda corta (SWIR). Surge una posibilidad intrigante, ya que se pueden combinar con un circuito integrado de lectura de silicio (ROIC) para formar un sensor de imagen híbrido QD-Si NIR/SWIR. Esta integración innovadora presenta un camino potencial para lograr sensores NIR/SWIR de píxeles pequeños de alta resolución basados ​​en silicio, eliminando la necesidad de una hibridación heterogénea de sensores de arseniuro de indio y galio (InGaAs) con ROIC de Si. Los sensores de imagen híbridos de bajo costo basados ​​en QD no solo pueden apuntar a aplicaciones tradicionalmente realizadas por sensores de imagen SWIR de InGaAs, sino que también ayudan a alcanzar nuevas aplicaciones.

Con la primera generación de productos ya en el mercado y gigantes también involucrándose en esta área, la promesa de esta tecnología sigue siendo fuerte. Este informe explora sensores de imagen híbridos QD-Si que pueden lograr simultáneamente alta resolución, baja separación de píxeles y obturador global con costos potencialmente bajos. El informe IDTechEx también proporciona análisis de tecnología y presentaciones de jugadores.

Los productos comerciales existentes se basan en las características fotoluminiscentes de los QD y han demostrado un potencial notable en las tecnologías de iluminación. Pueden integrarse en sistemas de iluminación LED como convertidores de color, permitiendo la producción de luz blanca sintonizable y de alta calidad. Los LED basados ​​en QD pueden alcanzar índices de reproducción cromática (CRI) y temperaturas de color excelentes, lo que los hace adecuados para una variedad de aplicaciones de iluminación, incluida la iluminación interior y automotriz. Además, los estrechos espectros de emisión de los QD reducen la necesidad de filtrado complejo, mejorando la eficiencia energética y reduciendo la contaminación lumínica.

Los QD pueden integrarse potencialmente en dispositivos fotovoltaicos (PV), lo que conducirá a la aparición de células solares de tercera generación. Al diseñar la banda prohibida de los puntos cuánticos para que coincida con regiones específicas del espectro solar, estas células pueden capturar de manera eficiente una gama más amplia de longitudes de onda de luz, así como permitir el efecto de generación de excitones múltiples (MEG), lo que permite una mejor recolección de luz y mayores eficiencias de conversión. y mejor rendimiento en condiciones de poca luz. También pueden ofrecer potencial para aplicaciones fotovoltaicas flexibles y transparentes. El informe comparó varias tecnologías fotovoltaicas y exploró los desafíos comerciales y técnicos que deben superarse.

Los QD pueden proporcionar valor agregado a las tecnologías existentes en diversas aplicaciones tanto por sus características fotoluminiscentes como electroluminiscentes. La posibilidad de reorganizar la cadena de suministro para diferentes casos también brinda nuevas oportunidades para los actores relevantes.

Con una investigación y un análisis tecnológicos en profundidad sobre el tema QD, el informe de IDTechEx “Quantum Dot Materials and Technologies 2024-2034: Trends, Markets, Applications” proporciona una evaluación basada en datos y conocimientos de años de acumulación en la investigación del tema QD. La hoja de ruta examina exhaustivamente la integración de QD para diversas aplicaciones con Outlook. Es necesario abordar desafíos como las preocupaciones sobre la toxicidad, la estabilidad a largo plazo y las técnicas y costos de fabricación a gran escala. Los investigadores están explorando activamente materiales no tóxicos y más estables para superar estos obstáculos. Además, es probable que los avances en las técnicas de síntesis y los procesos de fabricación de QD reduzcan los costos de producción y promuevan una adopción generalizada en aplicaciones comerciales.

El informe IDTechEx también proporciona pronósticos de mercado a 10 años en área (metro cuadrado), peso (toneladas) y valor, y a nivel de material, para 11 sectores de aplicaciones, incluidos televisores LCD, pantallas con retroiluminación miniLED, televisores QD-OLED, televisores QD- Televisores μLED, tipo chip, pantallas QLED emisivas, fotodetectores, iluminación, películas agrícolas, investigación y otros.

Los pronósticos se basan en gran medida en el análisis de tecnología de IDTechEx, que brinda una visión realista y experta de cuándo y cómo varias tecnologías pueden volverse comercialmente viables en comparación con las existentes, y también de nuestras entrevistas detalladas, conocimientos profundos del mercado y seguimiento cercano de tendencias.

IDTechEx analiza las tecnologías y los mercados de los puntos cuánticos desde 2013. Desde entonces, a través de su programa de entrevistas y visitas a empresas y conferencias, se mantiene muy cerca de las últimas investigaciones y desarrollos del mercado.

Además, IDTechEx ha colaborado estrechamente con muchos de sus clientes, ayudándoles a comprender mejor el panorama tecnológico y del mercado y ayudándoles a configurar sus estrategias de innovación y comercialización.

En su análisis de puntos cuánticos, IDTechEx aporta su gran experiencia en el análisis de materiales y dispositivos electrónicos avanzados. IDTechEx ha estado en este negocio durante los últimos 20 años y, durante este tiempo, ha observado de cerca el ascenso y/o la caída, y el éxito y/o la decepción, de muchas tecnologías emergentes.

Esto proporciona un ojo con experiencia única cuando se trata de analizar tecnologías de materiales electrónicos emergentes. Esto es crucial porque ayuda a establecer una hoja de ruta tecnológica y de mercado realista que refleje el verdadero potencial de la tecnología en función de sus características intrínsecas y del verdadero nivel de desafíos técnicos y comerciales que enfrenta.