КПД светодиодов превысил 100%

Коэффициент полезного действия светодиодов, разработанных Партибаном Сантанамом (Parthiban Santhanam) из Массачусетского технологического института (США) и его группой, растёт обратно пропорционально уровню излучаемого ими света. Поэтому их практическое применение пока выглядит ограниченным. Зато новые светодиоды могут испускать в световом диапазоне больше энергии, чем получают электрической. Как им это удаётся?

В полученном исследователями светодиоде при двукратном падении напряжения питания потребление энергии уменьшается вчетверо. При этом интенсивность испускаемого светового излучения падает прямо пропорционально снижению напряжения. В итоге при снижении напряжения светоотдача быстро растёт. Правда, подобная зависимость наблюдается только тогда, когда светодиод подвергается воздействию высоких температур.

При комнатной температуре добиться КПД выше 100% всё же не удастся. А вот избежать перегрева и повысить срок службы устройства новый подход вполне может. (Изображение Santhanam, et al. / American Physical Society.)

В ходе экспериментов исследователи подавали на светодиод 30 пиковатт, а получали от него 69 пиковатт световой энергии. Иными словами, добились эффективности преобразования электричества в свет с КПД в 230%. Как читатель уже догадался, никакого нарушения закона сохранения энергии здесь нет. Просто электричество используется светодиодом для осуществления работы в качестве теплового насоса: он превращает часть тепловой энергии в световую, действуя при этом как термоэлектрический холодильник.

Учёные надеются использовать этот эффект, пока имеющий чисто теоретический интерес, для создания светодиодов, которые могли бы меньше нагреваться, что увеличило бы их ресурс, одновременно повысив КПД, ведь лишняя тепловая энергия сможет преобразовываться в свет.

Другой возможной областью применения им видится создание предельно малых по размерам диодов, которые могли бы, потребляя минимум энергии, производить больше света, чем получают электроэнергии, черпая избыточное тепло в окружающей среде. Наконец, группируя диоды в большие формации, по мнению разработчиков, реально добиться создания светильников, имеющих практическое значение: энергопотребление у такой группы будет меньше, чем у обычного светодиода равной световой производительности.

Несмотря на то что уникальный КПД был достигнут при температурах, не встречающихся в природных условиях (см. график), тем не менее применение такого подхода может значительно повысить эффективность существующих светодиодов, у промышленных образцов которых она весьма далека от 100%.

Результаты своих трудов исследователи представили в журнале Physical Review Letters.