Lysdioder i zinkoxid ger perfekt vitt ljus

Det finns stora möjligheter att tillverka lysdioder med perfekt vitt ljus i zinkoxid. Ljuset har högre kvalitet och tillverkningsmetoden gör dem billigare än med konventionell teknik. Det visar Naveed ul Hassan Alvi i sin doktorsavhandling.

Bytte vi ut alla glödlampor mot lysdioder skulle energiförbrukningen minska med 20 procent. Eftersom belysning står för hela 25 procent av vårt totala behov av energi så betyder det rätt mycket. Men de vita lysdioder som används i dag är oftast tillverkade av galliumnitrid och den tekniken är kringgärdad av en mängd patent som lägger hinder för den kommersiella utvecklingen.

Naveed ul Hassan Alvi, doktorand på institutionen för teknik och naturvetenskap, Campus Norrköping, har de senaste åren tillbringat det mesta av sin tid i forskningslabbet för att studera alternativ för tillverkning av lysdioder. Tillsammans med professor Magnus Willander och några av sina forskarkollegor, studerar han nanostrukturer av ämnet zinkoxid, ett halvledande material som har många fördelar:

Det joniseras lätt (drar åt sig eller tappar elektroner så att det blir negativt eller positivt laddat), något som beror på små defekter i materialet - det kan saknas en syre- eller en zinkmolekyl, eller finnas någon eller några molekyler för mycket.

Zinkoxid kan växas på nästan vilket material som helst, papper, plast eller halvledare.

Zinkoxid har också vad man kallar ett stort bandgap, elektronerna flyttar sig lätt och avger förhållandevis mycket energi när de studsar tillbaka in mot kärnan. Och energin avges dessutom som ett perfekt vitt ljus.

Naveed ul Hassan Alvi har tagit fasta på allt detta och har i sin doktorsavhandling undersökt ett par olika metoder att växa nanostrukturer av zinkoxid på några olika halvledarmaterial. Han har också kontrollerat kvaliteten på ljuset och hur det uppstår. Olika nanostrukturer, rör, trådar eller blommor, får nämligen defekterna på lite olika ställen och det har betydelse för ljuset.

- Jag har också koncentrerat mig på lågkostnadsmetoder att ta fram nanostrukturerna för att få lysdioder med så låg produktionskostnad som möjligt, säger Naveed ul Hassan Alvi.

Hans slutsats är lika glasklar som ljuset är vitt: Detta är ett steg på vägen för att kunna tillverka vita lysdioder med hjälp av nanostrukturer i zinkoxid. Han konstaterar också att det finns en stor potential för tekniken att ta över på marknaden för vita lysdioder, fördelarna är såväl det perfekta vita ljuset som den låga produktionskostnaden.

Avhandlingen har titeln Luminescence Properties of ZnO Nanostructures and Their Implementation as White Light Emitting Diodes, Naveed ul Hassan Alvi, Linköpings universitet. Han försvarar sin avhandling fredagen den 26 augusti 2011.

Monica Westman Svenselius 2011-08-24