Idea polaca para luces LED bidireccionales, sin fuente de alimentación CA/CC

Se trata de una solución no estándar en estructuras optoelectrónicas que abre el camino a emisores de luz más económicos y también puede servir como herramienta de investigación para comprender mejor la física del funcionamiento de los dispositivos.

Los LED estándar, utilizados por ejemplo en la iluminación del hogar, requieren corriente continua (CC) en una dirección específica para funcionar. Si queremos alimentarlo desde una toma de corriente alterna (AC), necesitamos un conversor AC/DC (rectificador o convertidor, muchas veces llamado fuente de alimentación). En una entrevista con el portal Nauka w Polsce, el primer autor de la solución, Mikołaj Żak, añade que los convertidores CA/CC no son la solución ideal. «Su trabajo suele implicar una pérdida de energía, digamos entre un 10 y un 20 por ciento». – Él dice. Además, este adaptador ocupa bastante espacio.

Además, si no hay transformador, podemos decir que desperdiciamos la mitad de la electricidad. Esto se debe al hecho de que el enchufe contiene corriente alterna, es decir, cambia periódicamente la dirección de su flujo. La frecuencia de la corriente en la red es de 50 Hz, lo que significa que un LED se enciende y apaga 50 veces por segundo, es decir, no se enciende la mitad del tiempo. De ahí surgió la idea de crear un diodo que se adapte a las condiciones de trabajo con corriente alterna y se ilumine independientemente de de qué lado fluya la corriente, es decir, si el voltaje en la red es negativo o positivo.

Asimetría valvular

El problema radica en la construcción de un LED estándar, que consta de un semiconductor de tipo n (negativo), una región activa y un semiconductor de tipo p (positivo). Cuando el diodo se polariza en la llamada dirección directa, la región activa recibe electrones de la banda de conducción acumulada en el semiconductor tipo n. Por otro lado, en los semiconductores tipo p, los huecos proceden de la banda de valencia. Ambos tipos de transportadores son esenciales para la luz y sufren procesos de recombinación en la zona activa. Dado que la transferencia de huecos sólo puede considerarse como transferencia de electrones en la dirección opuesta, la asimetría en la estructura del LED es visible. El diodo se enciende solo cuando los electrones fluyen a través del dispositivo desde la región de tipo n a través de la región activa hasta la región de tipo p y, a su vez, cuando se aplica voltaje en la dirección opuesta, en la llamada dirección opuesta, el diodo no se puede encender.

Un equipo de científicos polacos de Instituto de Alta Presión de la Academia Polaca de Ciencias En Varsovia acaba de presentar pruebas de que es posible desarrollar un diodo de nitruro de galio con una estructura idéntica. En su solución, la región activa está rodeada por capas que pueden suministrar tanto electrones como huecos en ambos lados. Se trata de uniones de túnel en las que, gracias al llamado efecto túnel, se pueden transferir electrones desde la banda de valencia del semiconductor tipo p, a través de una estrecha barrera de tensión, hasta la banda de conducción del semiconductor tipo n. Los investigadores utilizaron retoque de haces moleculares para mostrar las estructuras semiconductoras de los LED bidireccionales.

tu búsqueda ellos publicaron En la prestigiosa revista Nature Communications, su artículo también fue reconocido por el equipo editorial de la revista.

Los diodos bidireccionales de nitruro de galio en los que están trabajando los polacos pueden emitir luz de violeta a verde. «Estos diodos podrán proporcionar la luz blanca necesaria para la iluminación», afirma Mikowaj Schack. La idea aún debe mejorarse antes de poder comercializarse. Para esta investigación, el estudiante de doctorado Mikołaj Šak acaba de recibir una beca del Centro Nacional de Ciencias (NCN). Actualmente, el prototipo del dispositivo brilla más cuando la corriente fluye en una dirección y no tan intensamente cuando fluye en la otra. La selección polaca ya tiene una idea de cómo eliminar esta brecha. También garantizarán que los diodos puedan funcionar a altos voltajes para acercarse al voltaje de la red.

Los científicos del Instituto de Alta Presión de la Academia Polaca de Ciencias esperan que gracias a su trabajo sea posible, en primer lugar, construir diodos más eficientes energéticamente, pero no menos importante es que este invento nos permitirá comprender mejor diodos. Diodos LED estándar de funcionamiento. Mikowaj Schack destaca que la solución que desarrollaron será una especie de plataforma de investigación que ayudará a comprender mejor los mecanismos de transferencia y recombinación de electrones y huecos para aumentar la eficiencia de los emisores de luz semiconductores de diferentes diseños.

«Hemos ensamblado bloques previamente conocidos de una manera completamente nueva. Hemos demostrado que los LED se pueden construir de manera diferente que antes, de lo que se enseña en los libros de texto. En nuestro proyecto, utilizamos conectores de túnel de una manera poco convencional. Esto abre el camino a construir nuevos dispositivos alimentados independientemente de la dirección del flujo de corriente”, resume Mikowaj Schack.

La ciencia en Polonia, Ludwik Tomal

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