Ученые Массачусетского университета разработали светодиод нового типа, в котором избыточная тепловая энергия преобразуется в световое излучение. С точки зрения «розеточной» эффективности данное устройство обладает КПД 230%.
Использование тепловой энергии в светодиодах
Принцип действия классического светодиода основан на создании в полупроводнике пары «электрон-дыра» при подаче внешнего напряжения. Данная пара рекомбинирует с определенной частотой и излучает при этом фотоны, которые и создают световое излучение. Его интенсивность достаточно невелика, однако ученые нашли способ увеличить ее, конвертируя тепловую энергию нагрева светодиода в дополнительное световое излучение.
В проведенном опыте светодиод нагревается от внешнего источника тепла, что позволяет значительно увеличить световой поток. Так называемая «розеточная» мощность, то есть количество энергии, полученное от основного источника питания, при сравнении с излучаемой световой энергией оказывается в несколько раз меньше. То есть, при определенной точке зрения КПД системы превышает 100%, а точнее при варьировании температуры нагрева ученым удалось получить КПД 230%.
На самом деле это неверное значение и никакого нарушения фундаментальных законов физики не происходит. Просто при расчетах не учитывалась энергия, потраченная на нагрев светодиода. С точки зрения абсолютного КПД новый светодиод не слишком превосходит своих предшественников, однако интерес изобретения заключается в ином.
Перспективы технологии
Одной из проблем современных светодиодов является чрезмерный перегрев, из-за которого львиную долю габаритов устройства занимает металлическая пластина радиатора. Разработка американских ученых дает шанс задействовать это паразитное тепло для увеличения светового потока. На практике это означает уменьшение размеров светодиодов и одновременное увеличение их яркости, что позволит создать принципиально новый тип осветительных устройств.
Однако у технологии есть серьезный недостаток – она эффективно работает лишь при крайне малых значениях входной мощности, менее 1 милливатта. И излучаемый свет обладает пропорционально низкой яркостью. Однако данное свойство можно обойти за счет создания массивов светодиодов, питающихся от одного источника. Ими могут служить разогретые элементы микросхем, на охлаждение которых сейчас затрачивается немало энергии.