211service.com
Groene LED's voor efficiënte verlichting
Een nieuwe benadering voor het vervaardigen van light-emitting diodes (LED's) zou kunnen worden gebruikt om hun efficiëntie met 20 procent te verhogen en tegelijkertijd licht van hogere kwaliteit te leveren dan conventionele LED's. Onderzoekers van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) in Golden, CO, hebben de aanpak gedemonstreerd door een geelgroene LED te maken die binnenkort kan worden gecombineerd met andere gekleurde LED's om wit licht te produceren. De nieuwe LED zou de huidige, inefficiënte methoden voor het genereren van wit licht kunnen vervangen.
Groen licht : Deze gallium-indiumfosfide-LED is vervaardigd door onderzoekers van het National Renewable Energy Laboratory.
LED's, apparaten die fotonen uitzenden wanneer er een elektrische lading op wordt aangebracht, zijn efficiënter en gaan langer mee dan gloeilampen. Door de samenstelling van de halfgeleider-LED's te variëren, kunnen materiaalwetenschappers de apparaten overhalen om verschillende kleuren uit te zenden. Het produceren van wit licht vereist minimaal een combinatie van rood, blauw en groen, maar tot nu toe zijn alleen rood- en blauwlichtdioden goed ontwikkeld. Om groen licht te produceren, passen LED-fabrikanten doorgaans een of meer fosformaterialen toe op blauwe LED's. De fosforen zetten hoogenergetisch blauw spectrumlicht om in licht met een lagere energie door een proces dat de algehele helderheid met ongeveer 20 procent vermindert.
Om dit verlies aan efficiëntie te elimineren, hebben onderzoekers geprobeerd efficiënte groene LED's te ontwikkelen die geen fosfor nodig hebben. Maar een groot struikelblok is dat de verschillende bekende halfgeleidermaterialen die kunnen worden gecombineerd om groen licht uit te zenden, meestal indium en galliumnitride, kristalroosterstructuren van verschillende grootte hebben. Om halfgeleiders efficiënt te laten werken, moet elke laag van het apparaat een roosterstructuur van vergelijkbare grootte hebben als de laag erboven of eronder.
Om de mismatch van de roostergrootte te omzeilen, gebruikten NREL-onderzoekers een fabricagemethode die ze eerder hadden ontwikkeld voor het bouwen van zeer efficiënte multi-junction zonnecellen. Hun methode is gebaseerd op het gebruik van extra lagen van andere halfgeleidende materialen met roosterstructuren van gemiddelde grootte die de kloof tussen de ongelijksoortige halfgeleiders overbruggen. Als je het in één keer probeert te doen, zal het hele ding defect zijn, zegt Angelo Mascarenhas , teamleider voor vastestofspectroscopie in het Centrum voor Basiswetenschappen bij NREL. Je moet een reeks lagen stapsgewijs laten groeien.
Door dezelfde concepten toe te passen op LED's, combineerden Mascarenhas en collega's aluminium gallium-indiumfosfide en galliumarsenide, twee goed ontwikkelde halfgeleidermaterialen, die geelgroen opleverden. Als ze nu een blauwgroene LED kunnen ontwikkelen, kunnen ze de twee bijna groene diodes combineren met bestaande rode en blauwe LED's die wit licht van hoge kwaliteit opleveren met een kleurweergave-index (CRI) boven 90. Dit zou veel beter zijn dan de beoordelingen in de jaren 70 die conventionele LED's gewoonlijk krijgen. (Zonlicht is de standaard, met een CRI van 100.)
Eugene Fitzgerald , een professor in materiaalkunde en engineering aan het MIT, zegt echter dat het ontwikkelen van een hoogrenderende blauwgroene LED veel moeilijker is dan de geelgroene LED die ze zojuist hebben gevormd. Geelgroene LED's gebruiken arsenidefosfiden, materialen die veel meer ontwikkeld zijn voor gebruik als LED's dan op nitride gebaseerde diodes die nodig zijn voor blauwgroen licht. De materiaalwetenschap aan de nitridekant is nog steeds erg primitief als het gaat om massaproductie, terwijl arsenide-fosfidediodes heel gemakkelijk kunnen worden geschaald, zegt hij.
Fitzgerald ontwikkelde enkele jaren geleden een geelgroene LED met behulp van laagtechnieken die vergelijkbaar zijn met die recentelijk bij NREL zijn gebruikt. Hij probeert nu arsenidefosfiden verder te duwen om een puur groene LED te produceren voor een driekleurig licht, in plaats van de vierkleurenbenadering te volgen die Mascarenhas en collega's nastreven.