211service.com
Gröna lysdioder för effektiv belysning
Ett nytt tillvägagångssätt för att tillverka lysdioder (LED) kan användas för att öka deras effektivitet med 20 procent samtidigt som de ger ljus av högre kvalitet än konventionella lysdioder. Forskare vid National Renewable Energy Laboratory (NREL) i Golden, CO, har demonstrerat tillvägagångssättet genom att göra en gulgrön lysdiod som snart kan kombineras med andra färgade lysdioder för att ge vitt ljus. Den nya lysdioden kan hjälpa till att ersätta nuvarande, ineffektiva metoder för att generera vitt ljus.
Grönt ljus : Denna gallium-indiumfosfid-LED tillverkades av forskare vid National Renewable Energy Laboratory.
Lysdioder, enheter som avger fotoner när en elektrisk laddning appliceras på dem, är mer effektiva och håller längre än glödlampor. Genom att variera sammansättningen av halvledarlysdioderna kan materialforskare locka enheterna till att avge olika färger. Att producera vitt ljus kräver åtminstone en kombination av rött, blått och grönt, men än så länge är endast röd- och blåljusemitterande dioder välutvecklade. För att producera grönt ljus applicerar LED-tillverkare vanligtvis ett eller flera fosformaterial på blå lysdioder. Fosporerna omvandlar högenergiblått spektrumljus till lågenergiljus genom en process som minskar den totala ljusstyrkan med cirka 20 procent.
För att eliminera denna effektivitetsförlust har forskare försökt utveckla effektiva gröna lysdioder som inte kräver fosfor. Men en stor stötesten är att de olika kända halvledarmaterialen som kan kombineras för att avge grönt ljus, typiskt indium- och galliumnitrid, har olika stora kristallgitterstrukturer. För att halvledare ska fungera effektivt måste varje lager i enheten ha en gitterstruktur av samma storlek som lagret ovanför eller under det.
För att komma runt oöverensstämmelsen mellan gitterstorleken använde NREL-forskare en tillverkningsmetod som de tidigare hade utvecklat för att bygga högeffektiva solceller med flera korsningar. Deras metod bygger på att använda ytterligare lager av andra halvledande material med mellanstora gitterstrukturer som överbryggar gapet mellan halvledarna med olika storlek. Om du försöker göra det i ett slag kommer det hela att vara defekt, säger Angelo Mascarenhas , gruppledare för fasta tillståndsspektroskopi vid Centrum för grundläggande vetenskaper vid NREL. Du måste odla en sekvens av lager på ett stegvis sätt.
Genom att tillämpa samma koncept på lysdioder, kombinerade Mascarenhas och kollegor aluminium galliumindiumfosfid och galliumarsenid, två välutvecklade halvledarmaterial, som gav gulgrönt. Om de nu kan utveckla en blågrön lysdiod kan de kombinera de två nästan gröna dioderna med befintliga röda och blå lysdioder som skulle ge högkvalitativt vitt ljus med ett färgåtergivningsindex (CRI) över 90. Detta skulle vara mycket bättre än de betyg på 70-talet som konventionella lysdioder brukar få. (Solljus är standarden, med en CRI på 100.)
Eugene Fitzgerald , en professor i materialvetenskap och ingenjörskonst vid MIT, säger dock att det är mycket svårare att utveckla en högeffektiv blågrön lysdiod än den gulgröna lysdioden de nyss bildade. Gulgröna lysdioder använder arsenidfosfider, material som är mycket mer utvecklade för att användas som lysdioder än nitridbaserade dioder som krävs för blågrönt ljus. Materialvetenskapen på nitridsidan är fortfarande väldigt primitiv när det gäller massproduktion, medan arsenid-fosfiddioder kan skalas väldigt lätt, säger han.
Fitzgerald utvecklade en gulgrön lysdiod för flera år sedan med skiktningstekniker liknande de som nyligen användes vid NREL. Han försöker nu driva arsenidfosfider ytterligare för att ge en ren grön lysdiod för ett trefärgat ljus istället för att följa det fyrfärgade tillvägagångssätt som Mascarenhas och kollegor eftersträvar.