我们终于弄清楚了 LED 灯泡效率低下的原因

我们终于弄清楚了 LED 灯泡效率低下的原因

LED 应该照亮更绿色的未来:它们比白炽灯节能 75%,使用寿命长 25 倍,而且温度更低。但目前,我们主要在电子产品中使用 LED,因为它们存在光衰问题:在电流较大时,它们产生的光量会急剧下降。

效率下降的问题多年来一直困扰着科学家们,但加州大学圣巴巴拉分校和法国综合理工学院的研究人员表示,他们终于解开了这个谜团。

他们的研究成果发表在即将出版的《物理评论快报》上,指出光衰的根源是俄歇复合过程,这是一种会产生热量的非辐射过程。加州大学圣塔芭芭拉分校之前的研究认为俄歇复合可能是罪魁祸首,但这是第一项对其影响进行最终测量的研究。

LED 灯包含一个微芯片,该芯片包含一个由氮化镓制成的正型半导体和一个负型半导体。在两者之间的量子阱中,一个半导体的负电子和另一个半导体的电子空穴结合,产生光子。施加更多的电能时,它会产生更多的光子——直到一定程度。

在低功率情况下,例如在手机中,该过程效果很好。但是,当你将电流提高到照亮房间所需的水平时,氮化物基 LED 会停止以相同速率产生光子。根据加州大学圣塔芭芭拉分校节能材料中心的研究,这是因为电子相互碰撞并通过热量而不是光损失能量。

如果我们能够制造出能够规避这一问题的 LED,它们就可以取代紧凑型荧光灯,成为未来的节能灯泡。从理论上讲,LED 每瓦应产生约 300 流明,比 CFL 节能三倍,而且由于不含汞,更容易处理。根据美国能源部 2010 年的估计,广泛采用 LED 照明可以为美国节省 2650 亿美元,并在未来 20 年内将电力需求减少三分之一。

但前期成本确实更高,因此,除非 LED 技术能够在更高电流下达到其理论效率,否则很难推广。尽管美国已开始逐步淘汰耗能白炽灯泡,但 LED 尚未占领商业和住宅照明市场。

到目前为止,我们还没有解决光衰问题的方法,但是既然他们已经找到了问题的根源,研究人员希望设计出能够最大限度地减少影响并产生更多光线的 LED,使该技术成为家庭和办公室照明更具吸引力的选择。

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