Brasileiro ajuda a criar LED 40 vezes mais eficiente

Com informações da Agência Fapesp – 11/12/2013

Um pesquisador brasileiro ajudou a desvendar um mistério cuja solução poderá resultar em um tipo de LED 10 vezes mais eficiente.

Os pontos quânticos – partículas nanométricas semicondutoras – são ótimos materiais para a fabricação de LEDs, produzindo um brilho intenso e emitindo luz em uma faixa bem estreita de comprimentos de onda, ou seja, de uma cor muito pura.

No entanto, sua utilização esbarra na baixa eficiência elétrica, da ordem de apenas 0,1% a 0,2%.

Essa ineficiência decorre de um fenômeno quântico denominado “efeito Auger”, uma homenagem a um de seus descobridores, o físico francês Pierre Victor Auger (1899-1993).

No átomo, quando um elétron próximo do núcleo é removido, deixando uma vaga na camada eletrônica que ocupava, outro elétron, mais distante (portanto, dotado de um nível maior de energia cinética), vem preencher o seu lugar.

O efeito esperado é que a energia excedente desse segundo elétron seja liberada para o meio com a emissão de um fóton (a partícula associada à interação eletromagnética).

Porém, pode ocorrer que a energia seja transmitida a um terceiro elétron, que, excitado, supera a atração eletromagnética do núcleo, sendo ejetado pelo átomo. Foi esse outro desfecho possível que recebeu o nome de “efeito Auger”.

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Recombinação Auger

Um fenômeno análogo – neste caso denominado “recombinação Auger” – pode ocorrer em um material semicondutor, quando, ao ocupar uma lacuna na rede atômica, em vez de liberar um fóton, o elétron transmite sua energia a outro elétron, que é ejetado pela rede.

Transformando energia elétrica em energia cinética, em vez de energia luminosa, a “recombinação Auger” faz com que a eficiência dos LEDs seja extremamente baixa.

O que foi descoberto agora pela equipe da qual participou o físico brasileiro Lázaro Padilha, da Unicamp, é que é possível controlar a influência da recombinação Auger.

“Produzimos novos materiais que possibilitaram minimizar o efeito Auger. Com eles, foi possível obter LEDs até 10 vezes mais eficientes, com uma taxa de conversão de energia elétrica em energia luminosa da ordem de 2%”, disse Padilha.

“Mais do que isso: conseguimos limitar o processo de ionização do material. Essa ionização, que decorre da injeção de elétrons, acentua o efeito Auger. Quanto mais carga injetada, maior o efeito Auger. Criando uma barreira para controlar a injeção, chegamos a uma eficiência da ordem de 8%. Ou seja, aumentamos a eficiência em até 40 vezes, de 0,1% a 0,2% para 8%”, acrescentou o pesquisador.

Os resultados apontam para a possibilidade real de telas de resolução muito superior à atual, embora os pesquisadores tenham trabalhado com seleneto de cádmio (CdSe), um material que enfrenta problemas para chegar à escala industrial por ser altamente tóxico.

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Bibliografia:

Controlling the influence of Auger recombination on the performance of quantum-dot light-emitting diodes
Wan Ki Bae, Young-Shin Park, Jaehoon Lim, Donggu Lee, Lazaro A. Padilha, Hunter McDaniel, Istvan Robel, Changhee Lee, Jeffrey M. Pietryga, Victor I. Klimov
Nature Communications
Vol.: 4, Article number: 2661
DOI: 10.1038/ncomms3661

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