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LED vertes pour un éclairage efficace
Une nouvelle approche de fabrication des diodes électroluminescentes (DEL) pourrait être utilisée pour augmenter leur efficacité de 20 % tout en produisant une lumière de meilleure qualité que les DEL conventionnelles. Des chercheurs du National Renewable Energy Laboratory (NREL) à Golden, CO, ont démontré l'approche en fabriquant une LED jaune-vert qui pourrait bientôt être combinée avec d'autres LED colorées pour produire une lumière blanche. La nouvelle LED pourrait aider à remplacer les méthodes actuelles et inefficaces de génération de lumière blanche.
Lumière verte : Cette LED au phosphure de gallium-indium a été fabriquée par des chercheurs du National Renewable Energy Laboratory.
Les LED, appareils qui émettent des photons lorsqu'une charge électrique leur est appliquée, sont plus efficaces et durent plus longtemps que les ampoules à incandescence. En faisant varier la composition des LED à semi-conducteurs, les scientifiques des matériaux peuvent amener les appareils à émettre différentes couleurs. Au minimum, produire de la lumière blanche nécessite de combiner le rouge, le bleu et le vert, mais jusqu'à présent, seules les diodes électroluminescentes rouges et bleues sont bien développées. Pour produire de la lumière verte, les fabricants de LED appliquent généralement un ou plusieurs matériaux phosphorescents aux LED bleues. Les phosphores convertissent la lumière du spectre bleu à haute énergie en lumière à plus faible énergie grâce à un processus qui réduit la luminosité globale d'environ 20 %.
Pour éliminer cette perte d'efficacité, les chercheurs ont essayé de développer des LED vertes efficaces qui ne nécessitent pas de luminophores. Mais une pierre d'achoppement majeure est que les différents matériaux semi-conducteurs connus qui peuvent être combinés pour émettre de la lumière verte, généralement le nitrure d'indium et de gallium, ont des structures de réseau cristallin de tailles différentes. Pour que les semi-conducteurs fonctionnent efficacement, chaque couche du dispositif doit avoir une structure en treillis de taille similaire à celle de la couche au-dessus ou en dessous.
Pour contourner le décalage de taille de réseau, les chercheurs du NREL ont utilisé une méthode de fabrication qu'ils avaient précédemment développée pour construire des cellules solaires multi-jonctions hautement efficaces. Leur méthode repose sur l'utilisation de couches supplémentaires d'autres matériaux semi-conducteurs avec des structures en treillis de taille intermédiaire qui comblent l'écart entre les semi-conducteurs de tailles disparates. Si vous essayez de le faire d'un seul coup, le tout sera défectueux, dit Angelo Mascarenhas , chef d'équipe de spectroscopie à l'état solide au Centre des sciences fondamentales du NREL. Vous devez faire croître une séquence de couches par étapes.
En appliquant les mêmes concepts aux LED, Mascarenhas et ses collègues ont combiné le phosphure d'aluminium-gallium-indium et l'arséniure de gallium, deux matériaux semi-conducteurs bien développés, qui ont donné du jaune-vert. S'ils peuvent maintenant développer une LED bleu-vert, ils peuvent combiner les deux diodes presque vertes avec les LED rouges et bleues existantes qui produiraient une lumière blanche de haute qualité avec un indice de rendu des couleurs (IRC) supérieur à 90. Ce serait bien mieux que les cotes dans les années 70 que les LED conventionnelles obtiennent habituellement. (La lumière du soleil est la norme, avec un IRC de 100.)
Eugène Fitzgerald , professeur de science et d'ingénierie des matériaux au MIT, déclare cependant que développer une LED bleu-vert à haute efficacité est beaucoup plus difficile que la LED jaune-vert qu'ils viennent de former. Les LED jaune-vert utilisent des arséniures-phosphures, des matériaux beaucoup plus développés pour être utilisés comme LED que les diodes à base de nitrure qui sont nécessaires pour l'émission de lumière bleu-vert. La science des matériaux du côté du nitrure est encore très primitive en ce qui concerne la production de masse, alors que les diodes arséniure-phosphure peuvent être très facilement mises à l'échelle, dit-il.
Fitzgerald a développé une LED jaune-vert il y a plusieurs années en utilisant des techniques de stratification similaires à celles récemment utilisées au NREL. Il essaie maintenant de pousser plus loin les arséniures-phosphures pour produire une LED verte pure pour une lumière tricolore plutôt en poursuivant l'approche quadricolore que Mascarenhas et ses collègues poursuivent.