علت ناکارآمدی لامپ‌های LED

امروزه شاید نورپردازی LED، استفاده‌ای فراتر از چراغ‌های راهنمایی و ابزارهای رنگ نما، داشته باشند.
محققین طیف انرژی الکترونی ساطع شده توسط LED را اندازه‌گیری نموده و دریافتند که اثر تولید شده توسط الکترون‌های پر انرژی همانند اثر تولید شده از فرایند Auger است.
LEDها راه را برای ورود به آینده‌ای سبزتر هموار کرده‌اند: این لامپ‌ها، نسبت به لامپ‌های رشته‌ای، 75 درصد انرژی کمتری مصرف می‌کنند و عمری 25 برابر آنها دارند، و همچنین در دمایی خنک‌تر نیز کار می‌کنند. اما در حال حاضر، ما از LED‌ها عمدتاً تنها در الکترونیک استفاده می‌کنیم، چرا که این لامپ ها نقاط ضعف کوچکی دارند: در جریان های بالا، مقدار نوری که تولید می‌کنند، یک افت ناگهانی دارد.
این افت کارایی، سالیان دراز، دانشمندان را گیج کرده بود، اما محققین در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا و دانشگاه پلی تکنیک فرانسه، ادعا می‌کنند که بالاخره این راز را کشف کردند.
مطالعات آنها، که اخیراً در نشریه Physical Review Letters منتشر شده است، منشأ این افت را در فرایندی موسوم به بازترکیب Auger می‌داند، فرایندی غیر تشعشعی که گرما تولید می‌کند. تحقیقات پیشین در UCSB، نشان داده بود که نوترکیبی Auger ممکن است عامل این افت باشد، اما این اولین مطالعه‌ای است که به اندازه‌گیری اثرات قطعی این فرایند می‌پردازد.
لامپ های LED حاوی ریز تراشه‌ای با نیمه هادی نوع مثبت و نوع منفی هستند که از نیترید گالیوم ساخته شده است. بین این دو، در یک چاه کوانتومی، الکترون‌های منفی از یک نیمه هادی و حفره های الکترونی از ترکیب دیگر، تولید یک فوتون نور می‌کنند. هنگامی که الکتریسیته‌ی بیش‌تری اعمال شود، فوتون‌های بیش‌تری در یک نقطه تولید می‌کند. هنگامی که جریان افزایش می‌یابد، کارایی این لامپ ها شروع به کاهش می‌کند.
در مواردی که سطح انرژی پایین است، مانند تلفن‌های همراه، عمل‌کرد فرایند عالی است. اما هنگامی که جریان را به حدی بالا ببریم که یک اتاق را روشن کند، LED‌های نیتریدی دیگر به همان میزان فوتون تولید نمی‌کنند. بر اساس مطالعات UCSB، دلیل این امر این است که الکترون‌ها با یک‌دیگر تصادف کرده و انرژی خود را، به جای نور، به شکل گرما آزاد می‌کنند.
درصورتی که بتوانیم LED‌هایی بسازیم که بر این مشکل فائق آیند، می‌توانند به عنوان لامپ‌های کارآمد، در آینده جای‌گزین چراغ های فلورسنت فشرده شوند. از نظر تئوری، LEDها باید حدود 300 لومن بر وات تولید کنند که سه برابر کارآمد تر از CLFها بوده و امحاء آنها نیز ساده تر می باشد چرا که فاقد جیوه هستند. بر اساس تخمین‌های دپارتمان انرژی آمریکا در سال 2010، استفاده‌ی گسترده از روشنائی‌های LED می‌تواند 265 میلیون دلار به اقتصاد کشور کمک کرده و تقاضا برای برق را در بیست سال آینده به یک سوم کاهش دهد.
اما دست‌یابی به این مهم هزینه‌های گزاف تری دارد، چرا که ادامه‌ی حیات این تکنولوژی تا رسیدن به جایگاه تئوری آن، کاری دشوار است. در حالی که ایالات متحده هم اکنون در حال جمع‌آوری لامپ‌های رشته‌ای است، لامپ های LED هنوز برای به دست گرفتن بازار روشنایی‌های تجاری و مسکونی تلاش می‌کنند.
تاکنون، راه حلی برای این افت نیافته‌ایم، اما اکنون که دانشمندان منشأ این مشکل را یافته‌اند، محققین امیدوار به طراحی LEDهایی هستند که تأثیرات کم‌تری داشته و نور بیش‌تری تولید کنند و فناوری را برای روشنایی ادارات و خانه‌ها هر چه جذاب‌تر نمایند. منبع مقاله :
متن منابع