Desarrollo de materiales mono-cristalinos para fabricación de LED’s para bombillas ahorradoras con “luz en estado sólido”
Alfredo Valarezo Ph.D.1 Lorena Bejarano Ph.D. (C), Sanjay Sampath Ph.D.
1 Universidad San Francisco de Quito, Quito, Ecuador. 2 Stony Brook University, New York, USA.
*Correo correspondiente: [email protected]
Qué podemos hacer por nuestro planeta y la eficiencia energética en edificaciones?
Eficiencia Energética
Energías Renova-
bles
Limpiar CO2
Limitar la Contami-
nación
Steven Chu, Ph.D. 12th United States Secretary of Energy
Nobel Prize in Physics 1997 Former member of Bell Labs
LED´s
LA R-EVOLUCIÓN DE LOS MATERIALES
El Futuro de la Iluminación: LEDs
Que son LEDs
• Es un diodo semiconductor que emite luz. •Es luz generada en estado sólido, sin emisión de calor (no existen pérdidas de calor) • Los primeros led´s emitían luz roja de baja intensidad, verde y azul. Los dispositivos actuales emiten luz de alto brillo
Focos Incandescentes, Focos Fluorescentes, versus LED´s
Focos Eficiencia Eficacia Tipo de luz Tiempo de vida
Comentarios
Incandescente
5% 15 lm/w Rango visible (400-700 nm)
1.000 horas Poco eficientes
Fluorescente Compactos
20% 60 lm/w Azul-Verde-Rojo (UV)
6.000 – 15.000 horas (1.000 horas)
Residuos tóxicos de Hg
Fluorescente Tubos
25% 80 lm/w Azul-Verde-Rojo (UV)
7.000 – 30.000 horas (1.000 horas)
Residuos tóxicos de Hg
LED´s
30-50% 100-150 lm/w Monocromat/ Controlable
100.000 horas Alto Costo (por el momento)
Incandescente
Fluorescente Compactos
Fluorescente Tubo LED
Objetivos
• Generar la línea base de conocimiento de desarrollo, caracterización y pruebas de monocristales para desarrollar LED’s mediante solidifícación direccionada y el depósito de películas delgadas.
• Desarrolla como consecuencia: conocimiento local, emprendimiento y competitividad.
• Producir una bombilla de LED al menor costo posible con alta calidad, y que la experiencia adquirida vislumbre la factibilidad de convertir al país en un productor competitivo de semiconductores a nivel regional.
Ciencia de los Materiales en LEDs
• REQUERIMIENTOS • Estructuras perfectamente cristalinas • Defectos microstructurales son minimizados al máximo • Procesos de manufactura por solidificación direccional y películas delgadas
High resolution TEM of an LED InGaN-GaN
InGaN
InGaN
InGaN
GaN-n
GaN-p
GaN-n
GaN-p
Fabricación de Monocristales • Manufactura por solidifación
direccionada
CZOCHRALSKI PROCESS
Objetivo Medible
Consecuencias:
• Cambio a la matriz de consumo
• Cambio a la matriz productividad
• Competitividad
• Uso eficiente de recursos
LED
CONCLUSIONES • La luz en estado sólido mediante LED’s ha demostrado
tecnológicamente ser más eficaz que la luz incandescente y la luz fluorescente
• Su implementación mejorará considerablemente el consumo eficiente de energía en edificaciones, alumbrado público, semaforización, alumbrado de alturas elevadas, hangares, etc.
• Las universidades están en capacidad de desarrollar a nivel piloto “nuevos” materiales monocristalinos y caracterizar su eficiencia
• Los monocristales son la base del desarrollo de microprocesadores, celdas fotovoltaicas y LED’s. De estas tres, solo la última puede permitir el ingreso de un nuevo competidor, especialmente en mercados locales.
CONCLUSIONES
• Las principales materias primas son materiales de fácil obtención a excepción de las películas delgadas de Indio y Galio, que se puede encontrar en material electrónico reciclado y que potencialmente existen en minas en Chile, Bolivia, Perú y el mismo Ecuador.
• El objetivo principal es producir una bombilla de LED al menor costo posible con alta calidad, y que la experiencia adquirida vislumbre la factibilidad de convertir al país en un productor competitivo de semiconductores a nivel regional.