Los investigadores han demostrado diodos emisores de luz blanca (LED) basados ​​en nanomateriales que exhiben una eficiencia luminosa récord de 105 lúmenes por vatio. La eficiencia luminosa es una medida de qué tan bien una fuente de luz utiliza la energía para generar luz. Con un mayor desarrollo, los nuevos LED podrían alcanzar eficiencias superiores a 200 lúmenes por vatio, convirtiéndolos en una prometedora fuente de iluminación de bajo consumo para los hogares, oficinas y televisores.

"Los LED eficientes tienen un gran potencial para ahorrar energía y proteger el medio ambiente, "dijo el líder de investigación Sedat Nizamoglu, Universidad de Koç, Pavo. "Reemplazar las fuentes de iluminación convencionales con LED con una eficiencia de 200 lúmenes por vatio disminuiría la electricidad global consumida para iluminación en más de la mitad. Esa reducción es igual a la electricidad generada por 230 plantas típicas de carbón de 500 megavatios y reduciría las emisiones de gases de efecto invernadero por 200 millones de toneladas ".

Los investigadores describen cómo crearon los LED blancos de alta eficiencia en Optica , Revista de la Optical Society para investigaciones de alto impacto. Los nuevos LED utilizan LED azules disponibles comercialmente combinados con lentes flexibles llenos de una solución de partículas semiconductoras de tamaño nanométrico llamadas puntos cuánticos. La luz del LED azul hace que los puntos cuánticos emitan verde y rojo, que se combina con la emisión azul para crear luz blanca.

"Nuestros nuevos LED alcanzaron un nivel de eficiencia más alto que otros LED blancos basados ​​en puntos cuánticos, ", dijo Nizamoglu." Los métodos de síntesis y fabricación para hacer los puntos cuánticos y los nuevos LED son fáciles, económico y aplicable para la producción en masa ".

Ventajas de los puntos cuánticos

Para crear luz blanca con los LED de hoy, La luz azul y amarilla se combinan agregando un recubrimiento a base de fósforo amarillento a los LED azules. Debido a que los fósforos tienen un amplio rango de emisión, de azul a rojo, es difícil ajustar con sensibilidad las propiedades de la luz blanca generada.

A diferencia de los fósforos, los puntos cuánticos generan colores puros porque emiten solo en una porción estrecha del espectro. Esta emisión estrecha permite crear luz blanca de alta calidad con temperaturas de color precisas y propiedades ópticas mediante la combinación de puntos cuánticos que generan diferentes colores con un LED azul. Los puntos cuánticos también ofrecen la ventaja de ser fáciles de hacer y el color de su emisión se puede cambiar fácilmente aumentando el tamaño de la partícula semiconductora. Es más, Los puntos cuánticos se pueden usar ventajosamente para generar fuentes de luz blanca cálida como bombillas incandescentes o fuentes blancas frías como lámparas fluorescentes típicas cambiando la concentración de puntos cuánticos incorporados.

Aunque los puntos cuánticos incrustados en una película se utilizan actualmente en televisores LED, este enfoque de iluminación no es adecuado para un uso generalizado en aplicaciones de iluminación general. La transferencia de los puntos cuánticos en un líquido permitió a los investigadores superar la problemática caída de la eficiencia que se produce cuando los nanomateriales se incrustan en polímeros sólidos.

La fabricación de LED blancos eficientes requiere puntos cuánticos que conviertan de manera eficiente la luz azul en rojo o verde. Los investigadores llevaron a cabo más de 300 reacciones de síntesis para identificar las mejores condiciones, como la temperatura y el tiempo de reacción, para hacer puntos cuánticos que emiten en diferentes colores mientras exhiben una eficiencia óptima.

"Crear luz blanca requiere integrar la cantidad adecuada de puntos cuánticos, e incluso si eso se logra, hay una infinidad de azules, combinaciones de verde y rojo que pueden dar lugar al blanco, ", dijo Nizamoglu." Desarrollamos una simulación basada en un enfoque teórico que informamos recientemente y lo usamos para determinar las cantidades apropiadas y las mejores combinaciones de colores de puntos cuánticos para una generación eficiente de luz blanca ".

Para hacer los nuevos LED, los investigadores llenaron el espacio entre una lente de polímero y un chip LED con una solución de puntos cuánticos que se sintetizaron mezclando cadmio, selenio, zinc y azufre a altas temperaturas. Los investigadores utilizaron un tipo de silicona para fabricar la lente porque su elasticidad les permitió inyectar soluciones en la lente sin que se filtrara ninguna solución. y la transparencia del material permitió la necesaria transmisión de luz.

Los investigadores demostraron que sus LED blancos de base líquida podrían lograr una eficiencia doble que la de los LED que incorporan puntos cuánticos en películas sólidas. También demostraron sus LED blancos usándolos para iluminar una pantalla de 7 pulgadas.

"Los puntos cuánticos son muy prometedores para aplicaciones de iluminación eficientes, ", dijo Nizamoglu." Todavía hay un espacio significativo para el desarrollo de tecnología que generaría enfoques más eficientes para la iluminación ".

Como siguiente paso, los investigadores están trabajando para aumentar la eficiencia de los LED y quieren alcanzar altos niveles de eficiencia utilizando materiales ecológicos que no contienen cadmio ni plomo. También planean estudiar los LED líquidos en diferentes condiciones para asegurarse de que sean estables para una aplicación a largo plazo.