Ledivalot vieläkin tehokkaimmiksi

Lundin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uudentyyppisen ohuisiin haaroittuviin nanolankoihin perustuvan valodiodin, joka voisi tarjota huomattavasti paremman hyötysuhteen ja alhaisemmat tuotantokustannukset kuin nykyinen teknologia.

Hallitsemalla sitä, missä rakenteen osassa valo syntyy, tutkijat ovat vähentäneet häviöitä, jotka muuten rajoittaisivat hyödynnettävän valon määrää.

Perinteisissä valoa emittoivissa diodeissa käytetyissä materiaaleissa suuri osa valosta jää loukkuun materiaalin sisään niin sanotun täydellisen sisäisen heijastuksen vuoksi. Tämä ilmiö tarkoittaa, että vain pieni osa valosta tulee ulos, vaikka sitä syntyy materiaalin sisällä.

Uusi rakenne pyrkii ratkaisemaan ongelman. Menetelmä perustuu siihen, että valo emittoituu hyvin ohuista sivuhaaroista, jotka erkanevat runkona olevasta nanolangasta. ”Jos rakenteet tehdään riittävän ohuiksi – ohuemmiksi kuin valon aallonpituus – valoa ei voida jäädä loukkuun materiaalin sisään samalla tavalla kuin nykyisin.

Teoriassa tämä voisi mahdollistaa erittäin suuren valotehon. Periaatteessa olisi mahdollista vapauttaa käytännössä kaikki valo”, sanoo Magnus Borgström, kiinteän olomuodon fysiikan professori Lundin yliopistosta.

Nykyledeissä käytetyissä materiaaleissa vain noin neljä prosenttia valosta säteilee ilman erityiskäsittelyä. Tehokkuuden parantamiseksi käytetään erilaisia materiaalin tehostusmenetelmiä valon erottamisen lisäämiseksi. Jos uusi teknologia osoittautuu menestyksekkääksi, näitä kalliita prosesseja olisi mahdollista välttää. Vaikka ledit ovat jo edullisia, kaikki tehokkuuden parannukset ovat tärkeitä teolliselle tuotannolle.

Teknologia perustuu nanolankoihin, joissa keskellä olevaan ytimeen injektoidaan varauksenkuljettajia, kun taas itse valon emissio tapahtuu ohuissa sivuhaaroissa. Suunnittelemalla ytimen niin, ettei se itse emittoi valoa, tutkijat ovat pystyneet osoittamaan, että valo todellakin syntyy haaroissa – eikä ytimestä tulevan valon takaisinabsorptiolla.

”Tämä oli meille tärkeä kysymys. Tuloksemme osoittavat, että valo syntyy juuri siellä, missä haluamme sen tapahtuvan, mikä on ratkaisevan tärkeää teknologian toimivuuden kannalta”, sanoo Yue Zhao, tutkimuksen toinen kirjoittaja.

”Se, että teknologia ylipäätään toimii, on tärkeä ensimmäinen askel. Nyt keskitytään materiaalien ja rakenteiden optimointiin tehokkuuden parantamiseksi”, Magnus Borgström sanoo.

Pitkällä aikavälillä uusi teknologia voisi johtaa energiatehokkaampiin valonlähteisiin ja sillä voisi olla vaikutuksia kaikkeen julkisesta valaistuksesta edistyneisiin optoelektronisiin sovelluksiin.

Aiheesta aiemmin:

Nanorakenteiden ledi tuottaa ympyräpolarisoitua valoa

Kohti ympäristöllisesti kestäviä perovskiittiledejä

Tehokkaita ledejä nanolangasta