Traduzione a cura di Daniel Iversen
An LED’s power conversion (wall-plug) efficiency varies inversely with its optical output power. Wall-plug efficiency can exceed 100%, the unity efficiency, at low applied voltages and high temperatures. Image credit: Santhanam, et al. ©2012 American Physical Society
Per la prima volta i ricercatori hanno dimostrato che un LED può emettere più energia ottica dell’energia elettrica che consuma.
Anche se scientificamente molto intriganti, i risultati non saranno immediatamente presenti negli ultra-efficienti LED commerciali in quanto la dimostrazione funziona solo per i LED con potenza d’ingresso molto bassa e che producono piccole quantità di luce. I ricercatori, Parthiban Santhanam e coautori del MIT, hanno pubblicato il loro studio nel recente numero di Physical Review Letters.
Come i ricercatori spiegano nel loro studio, la chiave per raggiungere una efficienza di conversione dell’energia superiore al 100 %, ossia l’”efficienza di unità”, è quello di diminuire notevolmente la tensione applicata. Secondo questi calcoli, una volta che la tensione è dimezzata, l’energia d’ingresso diminuisce di 4 fattori, mentre la potenza della luce emessa scala linearmente con il voltaggio in modo che sia anche esso solo dimezzato.
In altre parole, l’efficienza di un LED aumenta al diminuire della potenza d’uscita.
Come i ricercatori spiegano nel loro studio, la chiave per raggiungere una efficienza di conversione dell’energia superiore al 100 %, ossia l’”efficienza di unità”, è quello di diminuire notevolmente la tensione applicata. Secondo questi calcoli, una volta che la tensione è dimezzata, l’energia d’ingresso diminuisce di 4 fattori, mentre la potenza della luce emessa scala linearmente con il voltaggio in modo che sia anche esso solo dimezzato.
In altre parole, l’efficienza di un LED aumenta al diminuire della potenza d’uscita.
(Il contrario di questo rapporto, ossia quando l’efficienza del LED decresce all’incrementare della potenza di uscita, è uno dei più grandi ostacoli nella progettazione di LED efficienti e luminosi) Nei loro esperimenti i ricercatori hanno ridotto la potenza di input del LED a solo 30 picowatts e misurato un’output di 69 picowatt di luce, un efficienza di 230 %.
Il processo fisico si è ripetuto allo stesso modo per ogni LED: quando gli elettroni e gli anti-elettroni venivano eccitati applicando un certo voltaggio, questi avevano una certa probabilità di generare fotoni.
I ricercatori non hanno cercato di aumentare questa probabilità, cosa su cui si sono focalizzate ricerche precedenti, ma invece hanno approfittato di piccole quantità di calore in eccesso per produrre più energia di quanto consumata.
Questo calore deriva dalle vibrazioni nella conformazione atomica del dispositivo, ed è causato dall’entropia.
Il processo di luminescenza raffredda leggermente il LED, facendolo lavorare in maniera simile a un refrigeratore termoelettrico.
Sebbene il raffreddamento sia insufficiente per raggiungere la temperatura ambiente, questo potrebbe essere utilizzato per progettare luci che non generano calore.
Quando viene usato come una pompa di calore, il dispositivo può essere utile per applicazioni di raffreddamento di transistors o addirittura per generare di energia.
Teoricamente, questa applicazione di bassi voltaggi permettebbe una generazione arbitraria di fotoni a basse tensioni. Per questo motivo i ricercatori sperano che la tecnica possa offrire una nuova via per testare i limiti dell’efficienza energetica della comunicazione elettromagnetica
Il processo fisico si è ripetuto allo stesso modo per ogni LED: quando gli elettroni e gli anti-elettroni venivano eccitati applicando un certo voltaggio, questi avevano una certa probabilità di generare fotoni.
I ricercatori non hanno cercato di aumentare questa probabilità, cosa su cui si sono focalizzate ricerche precedenti, ma invece hanno approfittato di piccole quantità di calore in eccesso per produrre più energia di quanto consumata.
Questo calore deriva dalle vibrazioni nella conformazione atomica del dispositivo, ed è causato dall’entropia.
Il processo di luminescenza raffredda leggermente il LED, facendolo lavorare in maniera simile a un refrigeratore termoelettrico.
Sebbene il raffreddamento sia insufficiente per raggiungere la temperatura ambiente, questo potrebbe essere utilizzato per progettare luci che non generano calore.
Quando viene usato come una pompa di calore, il dispositivo può essere utile per applicazioni di raffreddamento di transistors o addirittura per generare di energia.
Teoricamente, questa applicazione di bassi voltaggi permettebbe una generazione arbitraria di fotoni a basse tensioni. Per questo motivo i ricercatori sperano che la tecnica possa offrire una nuova via per testare i limiti dell’efficienza energetica della comunicazione elettromagnetica
More information: Parthiban Santhanam, et al. “Thermoelectrically Pumped Light-Emitting Diodes Operating above Unity Efficiency.” Phys. Rev. Lett. 108, 097403 (2012). DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.097403 Physics Synopsis
Fonte: Physorg
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