Los investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) en Golden, Colorado, han hecho una demostración del método mediante la creación de un LED de color amarillo verdoso que pronto podría combinarse con otros LEDs de colores para producir luz blanca. El nuevo LED podría ayudar a reemplazar a los poco eficientes métodos actuales de generación de luz blanca.
Los LEDs, un tipo de dispositivos que emiten fotones cuando se les aplica una carga eléctrica, son más eficientes y duran más que las bombillas incandescentes. Al variar la composición de los LEDs semiconductores, los científicos de materiales pueden hacer que los dispositivos emitan distintos colores. Como mínimo, la producción de luz blanca requiere la combinación de rojo, azul y verde, aunque hasta ahora sólo los diodos emisores de luz roja y azul han logrado un desarrollo óptimo. Para producir luz verde, los fabricantes de LEDs suelen aplicar uno o varios materiales de fósforo a los LEDs azules. Los fósforos convierten la luz de espectro azul de alta energía en luz de baja energía gracias a un proceso que reduce la luminosidad total en aproximadamente un 20 por ciento.
Para eliminar esta pérdida de eficacia, los investigadores han intentado desarrollar LEDs verdes eficientes que no requieran del uso de fósforos. Sin embargo, un obstáculo importante reside en el hecho de que los distintos materiales semiconductores conocidos capaces de combinarse para emitir luz verde, por lo general el indio y el nitruro de galio, poseen estructuras de entramado cristalino de diferentes tamaños. Para que los semiconductores funcionen de forma eficaz, cada capa del dispositivo tiene que poseer una estructura entramada de tamaño similar, como la capa que esté por encima o por debajo de dicha capa.
Para evitar desajustes en el tamaño del entramado, los investigadores del NREL utilizaron un método de fabricación que habían desarrollado previamente para la construcción de células solares multi-unión de alta eficiencia. Su método se basa en el uso de capas adicionales de otros materiales semiconductores con estructuras de entramado de tamaño intermedio, y que tienden un puente entre los semiconductores de distintos tamaños. "Si tratamos de hacerlo de una sola vez, el resultado será defectuoso", afirma Angelo Mascarenhas, jefe del equipo de espectroscopia de estado sólido en el Centro de Ciencias Básicas del NREL. "Hay que cultivar una secuencia de capas de manera gradual."
Aplicando los mismos conceptos a los LEDs, Mascarenhas y sus colegas combinaron fosfuro de aluminio-galio-indio y arseniuro de galio, dos materiales semiconductores bien desarrollados, que lograron producir un color amarillo-verdoso. Si ahora fueran capaces de desarrollar un LEDs azul-verde, entonces podrían combinar los dos diodos de color casi verde con los LEDs rojos y azules actuales, lo que resultaría en un tipo de luz blanca de alta calidad con un índice de rendimiento cromático (IRC) por encima de 90. Esto sería mucho mejor que las calificaciones obtenidas en los años 70, y las que los LEDs convencionales suelen conseguir. (La luz solar marca el estándar, con un IRC de 100.)
Eugene Fitzgerald, profesor de ciencia de los materiales e ingeniería en MIT, sin embargo, afirma que el desarrollo de un LED azul-verde de alta eficiencia es mucho más difícil que el LED de color verde-amarillo que acaban de crear. Los LEDs de color amarillo-verde usan arseniuro-fosfuros, unos materiales mucho más desarrollados para su uso como LEDs que los diodos basados en nitruro necesarios para la emisión de luz azul-verde. "La ciencia de los materiales en cuanto al nitruro está todavía en un estado muy primitivo, sobre todo cuando hablamos de la producción en masa, mientras que los diodos de arseniurofosfuros se pueden escalar muy fácilmente", afirma.
Fitzgerald desarrolló un LED amarillo-verdoso hace varios años utilizando técnicas de aplicación de capas similares a las usadas recientemente en el NREL. En la actualidad está tratando de impulsar el uso de arseniuro-fosfuros para obtener un LED verde puro para su uso en una luz de tres colores, en vez de apostar por el método de cuatro colores que Mascarenhas y sus colegas están llevando a cabo.