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LED verdes para una iluminación eficiente
Se podría utilizar un nuevo enfoque para fabricar diodos emisores de luz (LED) para aumentar su eficiencia en un 20 por ciento al tiempo que produce una luz de mayor calidad que los LED convencionales. Investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) en Golden, CO, han demostrado el enfoque al hacer un LED amarillo-verde que pronto podría combinarse con otros LED de colores para producir luz blanca. El nuevo LED podría ayudar a reemplazar los métodos actuales e ineficientes de generar luz blanca.
Luz verde : Este LED de fosfuro de galio-indio fue fabricado por investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable.
Los LED, dispositivos que emiten fotones cuando se les aplica una carga eléctrica, son más eficientes y duran más que las bombillas incandescentes. Al variar la composición de los LED semiconductores, los científicos de materiales pueden convencer a los dispositivos para que emitan diferentes colores. Como mínimo, producir luz blanca requiere combinar rojo, azul y verde, pero hasta ahora, solo los diodos emisores de luz roja y azul están bien desarrollados. Para producir luz verde, los fabricantes de LED suelen aplicar uno o más materiales de fósforo a los LED azules. Los fósforos convierten la luz del espectro azul de alta energía en luz de menor energía a través de un proceso que reduce la luminosidad general en aproximadamente un 20 por ciento.
Para eliminar esta pérdida de eficiencia, los investigadores han intentado desarrollar LED verdes eficientes que no requieran fósforos. Pero un obstáculo importante es que los diferentes materiales semiconductores conocidos que se pueden combinar para emitir luz verde, típicamente nitruro de indio y galio, tienen estructuras de red cristalina de diferentes tamaños. Para que los semiconductores funcionen de manera eficiente, cada capa del dispositivo debe tener una estructura de celosía de tamaño similar a la capa superior o inferior.
Para evitar el desajuste del tamaño de la red, los investigadores de NREL utilizaron un método de fabricación que habían desarrollado previamente para construir células solares de múltiples uniones altamente eficientes. Su método se basa en el uso de capas adicionales de otros materiales semiconductores con estructuras de celosía de tamaño intermedio que acortan la brecha entre los semiconductores de tamaños dispares. Si intentas hacerlo de una vez, todo estará defectuoso, dice Angelo Mascarenhas , líder del equipo de espectroscopia de estado sólido en el Centro de Ciencias Básicas de NREL. Tienes que hacer crecer una secuencia de capas de forma escalonada.
Aplicando los mismos conceptos a los LED, Mascarenhas y sus colegas combinaron fosfuro de indio, galio y aluminio y arseniuro de galio, dos materiales semiconductores bien desarrollados, que produjeron amarillo verdoso. Si ahora pueden desarrollar un LED azul-verde, pueden combinar los dos diodos casi verdes con los LED rojos y azules existentes que producirían luz blanca de alta calidad con un índice de reproducción cromática (CRI) superior a 90. Esto sería mucho mejor que las clasificaciones en los años 70 que suelen obtener los LED convencionales. (La luz solar es el estándar, con un CRI de 100).
Eugene Fitzgerald , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en el MIT, sin embargo, dice que desarrollar un LED azul-verde de alta eficiencia es mucho más difícil que el LED amarillo-verde que acaban de formar. Los LED de color verde amarillento utilizan fosfuros de arseniuro, materiales que están mucho más desarrollados para su uso como LED que los diodos a base de nitruro que se requieren para la emisión de luz azul verdosa. La ciencia de los materiales en el lado de los nitruros sigue siendo realmente primitiva en lo que respecta a la producción en masa, mientras que los diodos de arseniuro-fosfuro se pueden escalar muy fácilmente, dice.
Fitzgerald desarrolló un LED amarillo-verde hace varios años utilizando técnicas de capas similares a las utilizadas recientemente en NREL. Ahora está tratando de impulsar aún más los fosfuros de arseniuro para producir un LED verde puro para una luz de tres colores en lugar de seguir el enfoque de cuatro colores que persiguen Mascarenhas y sus colegas.