Czy diody LED będą w stanie zastąpić żarówki?

Czy diody LED będą w stanie zastąpić żarówki?

Grupa naukowców i inżynierów z Rensselaer Polytechnic Institute przeprowadzi badania mające na celu poprawę wydajności diod świecących typu LED emitujących zielone światło. Na ten cel badacze otrzymali już z funduszy rządowych 1,8 miliona dolarów. W ciągu trzech lat uczeni chcą, co najmniej podwoić moc wyjściową zielonych diod LED. Jeśli ich starania się powiodą możliwe będzie ostateczne zastąpienie żarówek i świetlówek w powszechnie używanych urządzeniach oświetleniowych przez diody LED.

Grupie badaczy będzie przewodził Christian Wetzel, profesor fizyki z Rensselaer Polytechnic Institute. Jego zdaniem opracowanie wydajniejszego oświetlenia jest jednym z największych wyzwań, jakie stoją przed dzisiejszą techniką oświetleniową. Według niego znaczne ograniczenie zależności Stanów Zjednoczonych od importu podstawowych rodzajów energii będzie możliwe jedynie wtedy, gdy wysoce wydajne diodowe źródła światła, zastąpią przestarzałe żarówki i świetlówki.

Badania są częścią większego projektu o nazwie Solid-State Lighting Program nadzorowanego przez Amerykański departament energii (DOE). Program jest swoistą mapą drogową wyznaczającą cele, do spełnienia, których powinni dążyć producenci sprzętu oświetleniowego. Główne cele projektu to opracowanie do 2025 roku zaawansowanych technologii wykorzystujących oświetlenie bazujące na materiałach w stałym stanie skupienia, które byłyby bardziej energowydajne, pozwalały na dłuższą pracę i byłyby konkurencyjne cenowo z tradycyjnymi technologiami oświetleniowymi.

Według Wetzela kryteria te spełnia biała dioda LED, powstała z połączenia wysokiej klasy diod LED, czerwonej, niebieskiej i zielonej. Problem w tym, że rozwój tych trzech rodzajów diod nie jest równomierny. Konstrukcje czerwonych i niebieskich diod LED są już bardzo zaawansowane technologicznie, natomiast dioda zielona pozostaje pod tym względem daleko w tyle.

Wetzel zwraca uwagę na fakt, że światło zielone jest kluczowym elementem potrzebnym do skonstruowania białej diody LED. Na takie światło najbardziej czułe jest oko ludzkie. Światło to równoważy emisję światła czerwonego i niebieskiego. Początkowo naukowcy uważali, że do produkcji zielonej diody LED można użyć materiałów półprzewodnikowych powstałych z połączenia indu z azotkiem galu (GaN), stosowanym do wyrobu niebieskich diod LED. Jednak okazało się, że powstałe w ten sposób materiały półprzewodnikowe mają na chwilę obecną zbyt małą wydajność i zbudowana z nich zielona dioda LED świeci zbyt ciemnym światłem, aby mogła zostać użyta w oświetleniu domowym czy biurowym. Zdaniem Wetzel’a problem stanowi ind, który w pewnych warunkach nie tworzy jednolitej struktury, tylko lokuje się w miejscach defektu materiału.

Problemy z pierwszym rozwiązaniem skłoniły Wetzel’a do skupienia się na efekcie piezoelektrycznym. Jest to właściwość pewnych materiałów, która sprawia, że pod wpływem ciśnienia wytwarzają pole elektryczne. Mając wpływ na to zjawisko, naukowcy liczą, że uda im się opracować metodę wytwarzania zielonych diod LED o większym natężeniu, które w wydajny sposób przekształcałyby elektryczność w światło.

(au)