Yeni kuantum nokta LED: ışık verimliliğini kaydedin!
Kılavuz
Son zamanlarda, Türkiye'deki Koç Üniversitesi'nden araştırmacılar, ışık verimliliği için rekor kıran nanomalzemelere dayanan beyaz ışık yayan diyot (LED) gösterdiler: 105 lümen / watt. Daha fazla geliştirmeden sonra, yeni LED 200 lümen / watt'lık bir verime ulaşabilir ve bu da onu evlerde, ofislerde ve TV istasyonlarında kullanılabilecek ümit verici bir enerji tasarrufu sağlayan ışık kaynağı haline getirir.
arka fon
Işık yayan bir diyot olan LED (Işık Yayan Diyot), elektriği doğrudan ışığa dönüştürebilen katı hal yarı iletken bir cihazdır.
Finlandiya Ulusal Teknoloji Araştırma Merkezi tarafından geliştirilen esnek LED
(Resim kaynağı: Antti Veijola / Finlandiya Ulusal Teknoloji Araştırma Merkezi)
LED'in temel prensibi, elektronlar ve delikler yeniden birleştiğinde görünür ışığın yayılabilmesidir. LED'in temel cihazı, biri P-tipi yarı iletken ve diğeri N-tipi yarı iletkenden oluşan iki parçadan oluşan yarı iletken bir yonga plakasıdır. İki yarı iletken bağlandığında, bir "P-N bağlantısı" oluşur. Gofrete akım uygulandığında, elektronlar P alanına akar ve deliklerle birleşir ve ardından fotonlar şeklinde enerji yayarlar.
Ancak ışığın rengi, yani ışığın dalga boyu, P-N eklemini oluşturan malzeme tarafından belirlenir. Genel olarak konuşursak, galyum arsenit diyotları kırmızı ışık yayar, galyum fosfit diyotları yeşil ışık yayar, silikon karbür diyotlar sarı ışık yayar ve galyum nitrür diyotları mavi ışık yayar.
Yenilikçilik
Son zamanlarda, Türkiye'deki Koç Üniversitesi'nden araştırmacılar, ışık verimliliği için rekor kıran nanomalzemelere dayanan beyaz ışık yayan diyot (LED) gösterdiler: 105 lümen / watt. Işık verimliliği, ışık üretmek için elektrik kullanan ışık kaynağının verimliliğinin bir ölçüsü olan ışık akısının güce oranıdır. Daha fazla geliştirme yoluyla, yeni LED 200 lümen / watt'lık bir verime ulaşabilir ve bu da onu evler, ofisler ve TV istasyonları için umut verici bir enerji tasarrufu sağlayan ışık kaynağı haline getirir.
Kuantum nokta beyaz LED
(Resim kaynağı: Sedat Nizamoğlu, Koç Üniversitesi)
Optical Society of America'nın yüksek etkili araştırma dergisi Optica'da araştırmacılar, bu yüksek verimli beyaz LED'i nasıl yarattıklarını açıkladılar. Bu yeni LED türü, nano boyutlu yarı iletken parçacıklardan (kuantum noktaları) oluşan bir çözelti ile doldurulmuş esnek bir mercekle birlikte piyasada bulunan mavi LED'leri kullanır. Mavi LED tarafından yayılan ışık, kuantum noktalarının yeşil ve kırmızı ışık yaymasına ve mavi ışık ile birleşerek beyaz ışık oluşturmasına neden olur.
Esnek lens
(Resim kaynağı: Sedat Nizamoğlu, Koç Üniversitesi)
teknoloji
(Resim kaynağı: Referans malzemeleri [2])
Beyaz ışık üretmek için mevcut LED'leri kullanmak için araştırmacılar, mavi ve sarı ışığı birleştirmek için mavi LED'e sarımsı fosfor bazlı bir boya uyguladılar. Fosforun maviden kırmızıya geniş bir emisyon aralığına sahip olması nedeniyle, üretilen beyaz ışığın özelliklerini hassas bir şekilde ayarlamak zordur.
Fosforların aksine, kuantum noktalarının ürettiği renkler saftır çünkü yalnızca dar bir spektrum yayarlar. Bu dar emisyon, farklı renklerde ışık üreten kuantum noktalarını mavi LED'lerle birleştirerek hassas renk sıcaklığı ve optik özelliklere sahip yüksek kaliteli beyaz ışık oluşturur. Kuantum noktalarının ayrıca üretilmesi kolay olma avantajı vardır ve emisyon renkleri yarı iletken parçacıkların boyutu artırılarak değiştirilebilir. Ayrıca, katkılı kuantum noktalarının konsantrasyonunun değiştirilmesi, bir akkor lamba gibi sıcak beyaz bir ışık kaynağı veya bir floresan lamba gibi soğuk beyaz bir ışık kaynağı oluşturabilir.
İnce filmlere gömülü kuantum noktaları halihazırda LED TV'lerde kullanılsa da, bu aydınlatma düzeni genel aydınlatma uygulamaları için uygun değildir. Araştırmacılar, sıvıdaki kuantum noktalarını aktararak, nanomalzemeler katı polimerlerin içine gömüldüğünde meydana gelen sorunlu verimlilik düşüşünün üstesinden geliyor.
Yüksek verimli beyaz LED'lerin üretimi, mavi ışığı verimli bir şekilde kırmızı veya yeşil ışığa dönüştürmek için kuantum noktaları gerektirir. Araştırmacılar, en iyi verimliliği gösterirken farklı renklerde ışık yayabilen kuantum noktaları üretmek için sıcaklık ve reaksiyon süresi gibi en iyi koşulları belirlemek için 300'den fazla sentez reaksiyonu gerçekleştirdi.
Okulun önde gelen araştırmacısı Sedat Nizamoğlu, "Beyaz ışık yapmak, uygun miktarda kuantum noktasının entegrasyonunu gerektirir ve bu yapılsa bile, beyaz ışık üretmek için sayısız mavi, yeşil ve kırmızı ışık kombinasyonuna ihtiyaç vardır. Bildirilen teorik şemanın simülasyonu ve verimli bir şekilde beyaz ışık üretmek için kuantum noktalarının uygun miktarı ve en iyi renk kombinasyonunu belirlemek için kullanın. "
Yeni bir LED türü yapmak için araştırmacılar, polimer lens ile LED çipi arasındaki boşluğu, yüksek sıcaklık koşullarında kadmiyum, selenyum, çinko ve kükürtü karıştırarak sentezlenen bir kuantum nokta çözeltisiyle doldurdu. Araştırmacılar, lensi yapmak için bir silikon reçine kullandılar, çünkü esneklik, çözeltiyi lensin içine herhangi bir sızıntı olmadan enjekte etmesine izin veriyor ve malzemenin şeffaflığı, gerekli ışığın geçmesini sağlıyor.
Araştırmacılar, sıvı bazlı beyaz LED'lerinin katı ince film kuantum nokta LED'lerinin iki katı verimliliğe ulaşabileceğini gösterdi. Ayrıca 7 inçlik bir ekranı aydınlatmak için beyaz LED'ler kullanarak bir gösteri yaptılar.
Nizamoğlu, "Verimli aydınlatma uygulamaları için kuantum noktaları çok umut verici. Daha verimli aydınlatma çözümleri üretmek için teknoloji araştırma ve geliştirme için hala çok yer var" dedi.
değer
Nizamoğlu, "Yüksek verimli LED'ler enerji tasarrufu ve çevre koruma açısından büyük potansiyele sahip. Geleneksel ışık kaynaklarının 200 lümen / watt ışık verimliliği ile LED'lerle değiştirilmesi, küresel aydınlatma güç tüketimini yarıdan fazla azaltabilir. Bu azalma 230'a eşdeğerdir. Tipik bir 500 MW kömür yakıtlı elektrik santrali elektrik üretiyor ve sera gazı emisyonlarını 200 milyon ton azaltacak. "
Ayrıca şunları söyledi: "Yeni LED türümüz, kuantum noktalarına dayalı diğer beyaz LED'lerden daha yüksek bir verimlilik düzeyine ulaştı. Kuantum noktalarının ve yeni LED türlerinin bu tür sentez ve üretim çözümleri, kuantum noktalarının ve yeni LED türlerinin üretimi için önemlidir. Basit, ucuz ve seri üretildi. "
gelecek
Bir sonraki adımda, araştırmacılar LED'lerin verimliliğini artırmak için çalışıyor ve yüksek düzeyde verimlilik elde etmek için çevre dostu kadmiyum içermeyen ve kurşunsuz malzemeler kullanmak istiyor. Ayrıca, uzun süreli uygulamalar için kararlı olmalarını sağlamak için farklı koşullar altında sıvı LED'leri incelemeyi planlıyorlar.
Anahtar kelime
Kuantum noktaları, LED'ler, yarı iletkenler
Referans
[1] https://www.osa.org/en-us/about_osa/newsroom/news_releases/2018/quantum_dot_white_leds_achieve_record_efficiency/
2 Sadra Sadeghi, Baskaran Ganesh Kumar, Rustamzhon Melikov, Mohammad Mohammadi Aria, Houman Bahmani Jalali, Sedat Nizamoglu. Yüksek ışık verimliliği sağlayan kuantum nokta beyaz LED'ler . Optica, 2018; 5 (7): 793 DOI: 10.1364 / OPTICA.5.000793
