06:01 2023-05-27
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Eficiență absolută vs. relativă: cât de eficiente sunt LED-urile albastre, de fapt?
_ Absolut vs relativ eficiență: Cât de eficiente sunt LED-urile albastre, de fapt?
Eficiența cuantică internă absolută (IQE) a diodelor emițătoare de lumină albastră (LED-uri) pe bază de nitrură de indiu galiu (InGaN) la temperaturi scăzute este adesea presupusă a fi de 100 %. Cu toate acestea, un nou studiu de la Universitatea din Illinois Urbana-Champaign, cercetătorii de inginerie electrică și computerizată a descoperit că presupunerea unui IQE întotdeauna perfect este greșită: IQE-ul unui LED poate fi de până la 27,5%.
< /p>
Această nouă cercetare a fost publicată recent în Applied Physics Letters.
După cum spune profesorul asociat ECE Can Bayram, LED-urile sunt sursa supremă de iluminare. De la inventarea lor, acestea au devenit din ce în ce mai populare datorită eficienței energetice și rentabilității.
Un LED este un semiconductor care emite lumină atunci când curentul trece prin dispozitiv. Acesta generează fotoni prin recombinarea electronilor și a găurilor (purtători), eliberând energie sub formă de fotoni. Culoarea luminii emise corespunde energiei fotonului.
LED-urile albastre bazate pe InGaN permit iluminare albă strălucitoare și economisitoare de energie. Tranziția la sursele de iluminat cu stare solidă a redus semnificativ nevoile de energie și emisiile de gaze cu efect de seră, dar sunt necesare îmbunătățiri continue ale eficienței pentru a atinge obiectivele de economisire a energiei pe termen lung. Foaia de parcurs pentru 2035 a Departamentului de Energie al Statelor Unite cere ca eficiența LED-urilor albastre să crească de la 70% la 90% și creșterea economiilor de energie cu 450 terawați oră (TWh) și economii de emisii de CO2 cu 150 de milioane de tone metrice.
Bayram spune. , "Întrebarea este, cum putem împinge această sursă de iluminare supremă mai departe? Răspunsul este înțelegerea eficienței sale absolute, nu eficienței relative." Eficiența relativă evaluează un dispozitiv cu el însuși, în timp ce eficiența absolută permite compararea între diferite dispozitive prin măsurarea eficienței pe o scară comună.
IQE este definit ca raportul dintre fotonii generați și electronii injectați în regiune activă a semiconductorului și este o măsură importantă pentru cuantificarea performanței LED-urilor. Cea mai utilizată metodă de cuantificare a IQE este fotoluminiscența dependentă de temperatură. În astfel de analize, s-a presupus că la temperaturi scăzute (4, 10 sau chiar 77 Kelvin), există recombinare radiativă 100%, adică producerea unui foton. La temperatura camerei, din cauza mecanismelor non-radiative - care emit exces de energie sub formă de căldură, mai degrabă decât fotoni - eficiența este semnificativ mai mică. Raportul dintre cele două intensități de fotoluminiscență dă o eficiență relativă a LED-ului.
Presumarea inițială a fost că la temperaturi scăzute, nu există recombinare non-radiativă - toate mecanismele de pierdere sunt „înghețate”. Bayram și studentul absolvent Yu-Chieh Chiu afirmă, totuși, că această presupunere poate fi greșită, deoarece efectele non-radiative ar putea să nu fie de fapt înghețate complet la temperaturi scăzute.
În lucrarea lor, Bayram și Chiu demonstrează. o metodă diferită pentru a dezvălui IQE absolut de temperatură scăzută a LED-urilor bazate pe InGaN. Folosind un model de recombinare „bazat pe canal”, ei raportează rezultate surprinzătoare: IQE absolut al LED-ului pe substraturile tradiționale din safir și siliciu este de 27,5% și, respectiv, 71,1%, drastic mai mic decât ipoteza standard.
Pentru a explica aceste rezultate neașteptate, Chiu spune că modelul de recombinare bazat pe canal este una dintre modalitățile de a gândi ce se întâmplă în interiorul stratului activ al LED-ului și modul în care recombinarea într-un canal afectează un alt canal. Un canal este o cale pe care un purtător o poate parcurge pentru a se recombina radiativ sau neradiativ.
„Pentru a determina eficiența LED-ului albastru, de obicei este luată în considerare doar emisia albastră”, spune Chiu. „Dar asta ignoră efectele a tot ceea ce se întâmplă în interiorul dispozitivului, în special canalele de luminescență non-radiative și defecte. Abordarea noastră este de a obține o vedere mai holistică a dispozitivului și de a determina, dacă există recombinare în canalul albastru, cum este care este afectat de al doilea și al treilea canal(ele)?"
Pe măsură ce cercetările privind LED-urile continuă să avanseze, este important să cunoaștem o eficiență absolută mai degrabă decât o eficiență relativă. Bayram subliniază că „eficiența absolută este foarte importantă pentru domeniu, astfel încât fiecare să poată construi pe cunoștințele celuilalt, mai degrabă decât fiecare grup să-și îmbunătățească propria eficiență. Avem nevoie de măsurători absolute, nu doar măsurători relative.”
Pentru a respectă standardele de eficiență stabilite de DOE, va fi din ce în ce mai important să se cuantifice corect eficiența LED-urilor. Chiar și o creștere de 1% a eficienței va corespunde economiilor de tone de dioxid de carbon anual. Chiu spune: „Înțelegerea eficienței absolute, în loc de eficiența relativă, ne va oferi o imagine mai precisă și ne va permite să îmbunătățim dispozitivele în continuare, fiind capabili să le comparăm între ele.”
Comentarii:
Adauga Comentariu