Yeni bir LED ışık türü, önemli verimlilik artışları sağlayabilir

Yeni bir LED ışık türü, önemli verimlilik artışları sağlayabilir

Lund Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, mevcut teknolojiye kıyasla çok daha yüksek verimlilik ve daha düşük üretim maliyetleri sunabilecek, ince ve dallanmış nanotellere dayalı yeni bir tür ışık yayan diyot (LED) geliştirdiler. Araştırmacılar, ışığın yapı içinde nerede üretildiğini kontrol ederek, aksi takdirde kullanılabilir ışık miktarını sınırlayacak olan kayıpları azalttılar. Çalışmaları Nano Research dergisinde yayımlandı.

LED'lerde hapsolan ışığın dışarı çıkarılması

Çoğu evde bulunan LED ampuller gibi geleneksel ışık yayan diyotlarda kullanılan malzemelerde, ışığın büyük bir kısmı "tam iç yansıma" olarak bilinen olgu nedeniyle malzemenin içinde hapsolur. Bu olgu, ışık malzemenin içinde üretilmesine rağmen yalnızca küçük bir kısmının dışarı çıkabildiği anlamına gelir.

Yeni tasarım, bu sorunun üstesinden gelmeyi amaçlıyor. Yöntem, ışığın merkezi bir nanotelden uzanan çok ince yan dallardan yayılması esasına dayanıyor. "Yapılar yeterince ince —ışığın dalga boyundan daha ince— yapıldığında, ışık malzemenin içinde aynı şekilde hapsolamaz.

Lund Üniversitesi Katı Hal Fiziği Profesörü Magnus Borgström, "Teorik olarak bu, çok yüksek bir ışık çıkışı sağlayabilir. Prensipte, ışığın neredeyse tamamını dışarı çıkarmak mümkün olabilir," dedi.

Günümüz LED'lerinde kullanılan malzemelerde, ek bir yüzey işlemi uygulanmadığı takdirde ışığın yalnızca yaklaşık %4'ü dışarı yayılır. Verimliliği artırmak amacıyla, ışık çıkışını çoğaltmak için çeşitli teknikler ve malzeme işleme yöntemleri kullanılır. Yeni teknoloji başarılı olursa, bu maliyetli süreçlerden kaçınmak mümkün olabilir. LED'ler halihazırda ucuz olsa da, verimlilikteki her türlü iyileştirme endüstriyel üretim açısından önemlidir.

Dalların ışık yaydığının kanıtlanması

Teknoloji, yük taşıyıcılarını enjekte etmek için merkezi bir çekirdeğin kullanıldığı ve ışık yayılımının ince yan dallarda gerçekleştiği nanotellere dayanıyor. Araştırmacılar, çekirdeği kendisi ışık yaymayacak şekilde tasarlayarak, ışığın çekirdekten gelen ışığın yeniden soğurulmasıyla değil, dallarda üretildiğini göstermeyi başardılar.

"Bu, bizim için önemli bir soruydu. Katı hal fiziği alanında doktora öğrencisi ve çalışmanın ortak yazarlarından Yue Zhao, "Sonuçlarımız, ışığın tam olarak istediğimiz noktada üretildiğini gösteriyor; bu da teknolojinin işleyişi açısından hayati önem taşıyor," dedi.

Umut verici başlangıç ve çözülmesi gereken kusurlar

Teknoloji henüz araştırma aşamasında olsa ve ticari LED'lerin verimlilik düzeyini yakalamaktan hâlâ çok uzak bulunsa da, araştırmacılar bu alanda büyük bir potansiyel görüyor. Teknolojinin bir avantajı, yapıların nano ölçekte üretilebilmesi; bu da daha az malzeme kullanımına ve uzun vadede üretim maliyetlerinin düşmesine olanak tanıyabilir.

Araştırma ekibi, verimliliği artırmaya yönelik çalışmalarını sürdürüyor. Karşılaşılan temel zorluklardan biri, kullanılan nanoyapılardaki yüzey kusurlarından kaynaklanan kayıpları azaltmak.

Borgström, "Teknolojinin çalışıyor olması bile önemli bir ilk adım. Şu anki odak noktası, daha yüksek verimlilik elde etmek amacıyla malzeme ve yapıların optimize edilmesi," dedi.

Uzun vadede bu yeni teknoloji, daha yüksek enerji verimliliğine sahip ışık kaynaklarının geliştirilmesini sağlayabilir; ayrıca kamusal aydınlatmadan ileri düzey optoelektronik uygulamalara kadar pek çok alanda etkiler yaratabilir.

Kaynak: Phys