Los investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara, con la ayuda de los fondos del DOE, están llevando a cabo análisis para determinar los mecanismos subyacentes a la pérdida de eficiencia en los diodos emisores de luz (LED) utilizados para iluminación. Los esfuerzos de los investigadores se centran en comprender la causa de la eficiencia relativamente baja de los LED verdes, comúnmente conocida como la “brecha verde”, así como las pérdidas de eficiencia derivadas de las altas temperaturas conocidas como “caída térmica”.
La baja eficiencia de los LED verdes es la principal limitación de eficiencia para las lámparas LED que utilizan una mezcla de colores para conseguir la luz blanca. El origen de esta “brecha verde” sigue siendo todavía controvertido, aunque las últimas investigaciones señalan a un incremento de la recombinación Auger con un aumento en la emisión de longitud de onda como causa principal.
A medida que un electrón pasa a través de un LED, puede pasar por varios procesos de recombinación, solo uno de los cuales produce luz (recombinación radiativa). Cuando el electrón se recombina a través de cualquiera de los otros mecanismos (recombinación no radiativa), da como resultado una pérdida de eficiencia. Dependiendo de cuál de estos mecanismos de pérdida se está produciendo, los electrones que transitan en el LED tendrán una distribución de energía diferente. Por ejemplo, la pérdida de eficiencia de los LED azules se debe principalmente a la recombinación Auger, que excita un electrón a un estado de alta energía en lugar de usar esta energía para emitir un fotón.
Los investigadores de la UCSB están utilizando una cámara de ultra vacío – Ultra-high vacuum (UHV) chamber – diseñada para analizar de forma directa el espectro de energía de los electrones emitidos por los LED. Su análisis ya ha demostrado que para los LED verdes, una cantidad sorprendentemente grande de electrones escapan de la regiones de confinamiento del portador sin producir luz. Este proceso es conocido como “fuga del portador” o “sobreimpulso” y ocurre además con la recombinación Auger, lo que hace que los LED verdes tengan una eficiencia mucho menor que los LED azules, que son el motor de la iluminación en estado sólido de última generación.
Cuando se operan a temperaturas elevadas, los LED azules también muestran una aumento en la pérdida de electrones a través del efecto anteriormente explicado. Este aumento de fuga coincide con el inicio de la disminución de la salida de luz a aproximadamente 75ºC, un rango de temperatura en el cual los LED están comúnmente funcionando. Estos resultados son consistentes con el esperado inicio de la “caída térmica“ que ha sido ampliamente reportada en literatura científica.
Estas mediciones son un componente vital para avanzar en nuestra comprensión de los mecanismos de pérdida de eficiencia del LED. Con este conocimiento, es posible diseñar soluciones para mitigar estos problemas y elevar aún más los límites de eficiencia energética de esta tecnología. El desarrollo de nuevas estructuras en la región de confinamiento para minimizar la cantidad de electrones perdidos por esta fuga será una parte integral para lograr los objetivos de eficiencia marcados por el DOE.
Créditos Imagen portada: Osram
