2013-04-25

導致 LED 效率下降的原因

Cause of LED Efficiency Droop Finally Revealed
http://engineering.ucsb.edu/news/699

UC Santa Barbara 與 Ecole Polytechnique 的研究者證實,歐傑復合理論導致 LED droop 現象。

(Santa Barbara, Calif.) -- 加州大學 Santa Barbara 分校的研究者與法國 Ecole Polytechnique 的同僚合作,決定性地確認歐傑復合(Auger recombination,歐杰復合)是導致 LED 在高驅動電流下效率不彰的原因。

直到目前為止,科學家僅將導致 LED droop(下降、衰退) -- 當施加一更高的電流時,光生成效率的神秘下降 -- 這種現象背後的原因理論化。 每流明(lumen)的 LED 成本阻礙了這項技術在各方面的商業或居家照明上,成為可行的白熾燈泡替代品。

這些(問題)現在都能改變了,根據 UCSB 能源效率材料中心(由美國能源部所贊助的一處能源邊疆研究中心, Energy Frontier Research Center)的研究者 James Speck 與 Claude Weisbuch 表示, LED 效率下降的原因已獲得解釋。

這項研究所獲得的資訊預期將導致設計 LED 的新方法,那顯然將有更高的發光效率。在居家與商業應用上,LED 擁有巨大的潛力,能成為長壽命、高品質的光源。美國能源部最近評估,廣泛地將美國境內的白熾燈與螢光燈以 LED 取而代之,所省下的電力相當於 15 座 1GW 發電廠的總輸出。

"提升這種可能性的關鍵在於解決 LED 效率下降的難題," Speck 評論道,UCSB 材料學教授以及 Seoul Optodevice 固態照明講座。 "這些發現將使我們設計出使非輻射復合(non-radiative recombination)最小化並產生更高光輸出的 LED。"

"這是一個非常複雜的實驗 -- 一個受益於跨國團隊合作以及 DOE 能源邊疆研究中心的例子," Weisbuch 評論道,UCSB 材料學卓越教授。Weisbuch 亦為巴黎 Ecole Polytechnique 的成員,獲得其同事 Lucio Martinelli 與 Jacques Peretti 的協助。UCSB 畢業生 Justin Iveland 則是團隊的關鍵成員,分別在這二個單位進行研究。

2011 年,UCSB 教授 Chris van de Walle 等人提出理論表示,一種複雜的非輻射過程,稱為「歐傑復合」是氮化物半導體 LED droop 背後的原因,據此,注入的電子因與其它電子發生碰撞,導致能量並不是因為發光而是成為熱而喪失。

LED 歐傑復合的決定性測量,現在由 Speck、Weisbuch 以及他們的研究團隊完成了。

該實驗使用一種具有特製表面的 LED,那允許研究者直接測量 LED 所散發電子的能量頻譜。結果明確顯示歐傑過程(Auger process)所產生之高能電子的跡象。

他們的研究結果發表在 Physical Review Letters 上,與認可版本相似的手稿可以在這邊找到: http://arxiv.org/abs/1304.5469

這項研究由 UCSB 能源效率材料中心所資助。那是美國能源部科學辦公室一處能源邊疆研究中心。此研究在 Ecole Polytechnique 所獲得的額外支援則是由法國政府所提供。

※ 論文尚未刊出,容後補。相關報導:

* Direct measurement of Auger electrons emitted from a semiconductor light-emitting diode under electrical injection: Identification of the dominant mechanism for efficiency droop
Justin Iveland, Lucio Martinelli, Jacques Peretti,
James S. Speck, and Claude Weisbuch
Phys. Rev. Lett. 2013
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