Desarrollo de materiales mono-cristalinos para fabricación de LED s para bombillas ahorradoras con luz en estado sólido

Transcripción

1 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

2 Qué podemos hacer por nuestro planeta y la eficiencia energética en edificaciones? LED s Limitar la Contaminación Limpiar CO2 Eficiencia Energética Energías Renovables Steven Chu, Ph.D. 12th United States Secretary of Energy Nobel Prize in Physics 1997 Former member of Bell Labs

3 LA R-EVOLUCIÓN DE LOS MATERIALES

4 El Futuro de la Iluminación: LEDs

5 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

6 Focos Incandescentes, Focos Fluorescentes, versus LED s Focos Eficiencia Eficacia Tipo de luz Tiempo de vida Incandescente 5% 15 lm/w Rango visible ( nm) Fluorescente Compactos Fluorescente Tubos 20% 60 lm/w Azul-Verde- Rojo (UV) 25% 80 lm/w Azul-Verde- Rojo (UV) LED s 30-50% lm/w Monocromat/ Controlable Comentarios horas Poco eficientes horas (1.000 horas) horas (1.000 horas) Residuos tóxicos de Hg Residuos tóxicos de Hg horas Alto Costo (por el momento) Incandescente Fluorescente Compactos Fluorescente Tubo LED

7 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.

8 Ciencia de los Materiales en LEDs GaN-n InGaN GaN-p InGaN REQUERIMIENTOS Estructuras perfectamente cristalinas Defectos microstructurales son minimizados al máximo Procesos de manufactura por solidificación direccional y películas delgadas GaN-p GaN-n InGaN High resolution TEM of an LED InGaN-GaN

9 Fabricación de Monocristales Manufactura por solidifación direccionada CZOCHRALSKI PROCESS

10 Objetivo Medible Consecuencias: Cambio a la matriz de consumo Cambio a la matriz productividad Competitividad Uso eficiente de recursos LED

11 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.

12 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.