Diody LED tanie jak żarówki?
Prace naukowców z Purdue University dają nadzieję na upowszechnienie się diod LED na rynku. Diody te są znacznie bardziej wydajne, energooszczędne i trwałe niż obecnie używane żarówki oraz świetlówki. Ich główną wadą jest zaś wielokrotnie wyższa cena.
Tradycyjne LED-y wykorzystują szafir, który znacząco podnosi ich koszty. Uczonym z Purdue właśnie udało się zastąpić go krzemem. W szafirowych diodach materiałem emitującym światło jest azotek galu. Ponadto diody te korzystają z systemu luster, które obija światło tak, by nie było tracone. Te trzy elementy: szafir, azotek galu i lustra powodują, że diody są około 20-krotnie droższe od żarówek.
Dotychczas nie udawało się zastąpić szafiru tańszym krzemem, ponieważ nie wiedziano, jak pokryć krzem odpowiedniej jakości metaliczną powłoką odbijającą światło. Amerykańscy naukowcy wykorzystali do tego celu azotek cyrkonu. Związek ten jest jednak niestabilny w obecności krzemu i reaguje z nim. Problem rozwiązano umieszczając na krzemie izolującą warstwę azotku glinu.
Uczeni w komorze próżniowej bombardowali cyrkon i glin pozytywnie naładowanymi jonami argonu. Atomy metali były wybijane przez jony argonu i wchodziły w reakcję ze znajdującym się w komorze azotem. W wyniku tego procesu na krzemie odkładał się azotek glinu i azotek cyrkonu. Następnie w temperaturze około 1000 stopni Celsjusza za pomocą techniki epitaksji z fazy parowej dodano azotek galu. Znajdujące się na krzemie azotki cyrkonu, glinu i galu utworzyły krystaliczną strukturę, odpowiednią do produkcji diod LED.
Dodatkową zaletą nowej technologii, oprócz znacznego obniżenia kosztów, jest fakt, iż krzem lepiej niż szafir rozprasza ciepło, co powinno skutkować zwiększoną żywotnością diod krzemowych. A ta może sięgać być może nawet 15 lat.
Jeśli zastąpimy obecne żarówki diodami, możemy zaoszczędzić aż 30 proc. energii zużywanej na oświetlanie. Oznacza to 10-procentową oszczędność w poborze energii w ogóle i odpowiednią redukcję emisji węgla do atmosfery - mówi profesor Timothy Sands.
Informuje przy tym, że obecnie wydajność żarówek wynosi zaledwie 10 proc., a więc aż 90 proc. pobieranej energii zamieniają one na ciepło, a nie na światło. Na rynku już teraz obecne są diody LED, których wydajność sięga 64 procent. Kosztują one jednak około 100 dolarów.
Badania naukowców z Purdue powinny pozwolić na obniżenie ceny tego typu urządzeń do około 5 USD. Sands wierzy, że nowe diody trafia na rynek w ciągu 2 lat. Naukowcy muszą się jeszcze nauczyć, jak zmniejszyć liczbę wad fabrycznych oraz w jaki sposób zapobiec niszczeniu się warstwy azotku galu podczas schładzania plastrów krzemowych.
Mariusz Błoński
