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: avalarezo@usfq.edu.ec

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.