Científicos logran desarrollar un nuevo LED de base líquida con puntos cuánticos que dobla en eficiencia a la actual tecnología, y posibilita el desarrollo de la misma en aplicaciones de iluminación general.

Para el desarrollo del nuevo LED se llenó el espacio entre una lente de silicona y un clip LED Azul convencional con una solución de puntos cuántico sinterizados mezclando cadmio, selenio, zinc y azufre a altas temperaturas. La luz azul procedente del led convencional hace que los puntos cuánticos emitan en verde y rojo, logrando conseguir, con esta combinación de colores,  una luz blanca final. El resultado es un LED blanco de base líquida, que doble en eficiencia los actuales modelos, y cuyos métodos de síntesis y fabricación son fáciles, económicos y aplicables para la producción en masa.

Ventajas de la tecnología LED con puntos cuánticos

La actual tecnología de iluminación con LEDs está basada principalmente en leds azules a los cuales se les aplica un recubrimiento fosfórico para conseguir la luz blanca.  Debido a que los fósforos tiene un amplio rango de emisión, del azul al rojo, es difícil ajustar con una alta sensibilidad las propiedades de la luz blanca generada.

A diferencia de los fósforos, los puntos cuánticos generan colores puros ya que solo emiten en una estrecha proporción del espectro. Esta emisión estrecha permite crear luz blanca de alta calidad, con unas temperaturas de color y propiedades ópticas precisas, mediante la combinación de los puntos cuánticos que generan diferentes colores con un led azul. Los puntos cuánticos además ofrecen la ventaja de su fácil fabricación y la posibilidad de cambiar el color de su emisión aumentado el tamaño de las partículas semiconductoras. Se trata de una tecnología prometedora que puede ser utilizada para generar fuentes de luz blanca cálidas o frías cambiando la concentración de los puntos cuánticos incorporados.

Aunque los puntos cuánticos son utilizados actualmente incrustados en una capa de material en televisores, este enfoque no es adecuado par un uso generalizado en aplicaciones de iluminación general. La transferencia de los puntos cuánticos en un líquido permitió a los investigadores superar la problemas de caída de eficiencia que se producen cuando los nanomateriales se introducen en polímeros sólidos.

En busca de la mayor eficiencia para la generación de luz blanca con LEDs basados en puntos cuánticos

Para hacer LED blancos eficientes con esta tecnología requiere puntos cuánticos que convierte 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 emitan en diferentes colores y que a la vez tengan una eficiencia óptima.

“Crear luz blanca requiere integrar la cantidad apropiada de puntos cuánticos, e incluso si eso se consigue, hay un número infinito de combinaciones de azules, verdes y rojas que puedan conducir al blanco”, comentó Nizamoglu. “Desarrollamos una simulación basada en un enfoque teórico que nos permite determinar las cantidades adecuadas y las mejores combinaciones de colores generados por los puntos cuánticos para conseguir una luz blanca eficiente.”

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. Para el desarrollo de la lente se utilizó un tipo de silicona transparente, con la elasticidad adecuada que permita inyectar soluciones en la lente sin ninguna pérdida.

Los investigadores demostraron que sus LEDs blancos de base líquida doblaban la eficiencia que los LEDs que incorporan puntos cuánticos en películas sólidas. El récord de eficiencia luminosa se estableció en 105 lm/W. Con un mayor desarrollo, los nuevos LED podrían alcanzar eficiencias de más de 200 lúmenes por vatio, convirtiéndolos en una prometedora fuente de iluminación de bajo consumo para hogares, oficinas y televisores

«Los puntos cuánticos son una gran promesa para aplicaciones de iluminación eficientes», dijo  Sedat Nizamoglu, investigador de la Universidad de Koc en Turquía, y autor principal del estudio.. «Todavía hay 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 desean alcanzar altos niveles de eficiencia utilizando materiales respetuosos con el medio ambiente que no contengan cadmio ni plomo. También planean estudiar los LED líquidos en diferentes condiciones para garantizar que sean estables para la aplicación a largo plazo.

Puede ver el estudio completo en el siguiente enlace:

https://www.osapublishing.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-5-7-793&id=395269

Créditos imágenes: SEDAT NIZAMOGLU, KOÇ UNIVERSITY